不只有A的poly(A)尾：A堿基純度影響蛋白質(zhì)翻譯效率 | Genome Biology
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poly(A)尾是真核生物mRNA最重要的特征之一，通常被認(rèn)為由腺苷酸（A）的簡(jiǎn)單重復(fù)組成。近日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、植物研究所與美國賓夕法尼亞大學(xué)開展合作，利用新型poly(A)尾高通量測(cè)序技術(shù)，揭示了擬南芥poly(A)尾介導(dǎo)的全新轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制——在poly(A)尾中散在分布的鳥苷酸（G）可通過抑制與poly(A)結(jié)合蛋白（PAB）的相互作用降低mRNA的翻譯效率。該研究發(fā)表在Genome Biology 上。
poly(A)尾對(duì)真核生物mRNA具有關(guān)鍵的調(diào)控功能，是其穩(wěn)定性的重要決定元件。盡管poly(A)尾非常重要，精確解讀卻非常困難。主要技術(shù)壁壘在于擴(kuò)增簡(jiǎn)單串聯(lián)的核苷酸序列會(huì)導(dǎo)致聚合酶滑動(dòng)，從而造成測(cè)序結(jié)果的移碼和亂碼。近幾年，一些針對(duì)mRNA尾的高通量測(cè)序技術(shù)逐步建立：例如，PAL-seq通過不同poly(A)長(zhǎng)度樣品的標(biāo)準(zhǔn)曲線估計(jì)待測(cè)定mRNA的poly(A)尾長(zhǎng)度。Tail-seq則是針對(duì)二代測(cè)序的原始圖像數(shù)據(jù)開發(fā)的算法，通過與標(biāo)準(zhǔn)品比較，推斷poly(A)尾的長(zhǎng)度及序列。人類細(xì)胞系中Tail-seq的結(jié)果顯示poly(A)尾中存在非A核苷酸（G、U或者C），其中G所占比例最高。然而，由于難以進(jìn)一步獲得突變體，目前對(duì)于poly(A)尾中G的分子功能以及作用機(jī)制仍鮮有報(bào)道。
在本課題中，研究人員通過對(duì)全長(zhǎng)poly(A)尾進(jìn)行測(cè)序并發(fā)展下游生物信息學(xué)算法提取高質(zhì)量測(cè)序信息，發(fā)現(xiàn)在模式植物擬南芥的poly(A)尾中也存在非A核苷酸，并且同樣是G的含量最高。研究人員隨后以擬南芥poly(A)結(jié)合蛋白家族核心成員AtPAB2、AtPAB4和AtPAB8為研究對(duì)象，構(gòu)建了一系列重要的突變體。
該研究通過進(jìn)一步整合CLIP-seq、ribo-seq和mRNA穩(wěn)定性檢測(cè)等高通量實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在全基因組水平對(duì)poly(A)尾及其結(jié)合蛋白PAB的分子生物學(xué)功能進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，得出以下結(jié)論：
AtPAB廣泛結(jié)合植物體內(nèi)mRNA的poly(A)尾，但對(duì)不同mRNA的結(jié)合效率存在明顯差異；
擬南芥中10%的poly(A)尾含有至少一個(gè)G，其含量在不同mRNA中的分布范圍為0.8-28%；
AtPAB對(duì)不同mRNA的差異結(jié)合可以部分被其poly(A)尾中G含量的差異所解釋——A的“純度”越高，其與AtPAB的結(jié)合越強(qiáng)；
AtPAB對(duì)mRNA的結(jié)合可以提高mRNA的翻譯效率；
相應(yīng)的，在atpab 突變體中，帶有不含G的“純poly(A)尾”的mRNA翻譯效率降低更為明顯；
atpab2 atpab4 atpab8 三突變體純合致死，atpabs 的雙突變體呈現(xiàn)多種發(fā)育異常表型，暗示了由poly(A)尾與其結(jié)合蛋白介導(dǎo)的翻譯調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育具有至關(guān)重要的調(diào)控作用。
綜上所述，該研究充分展示了二代測(cè)序技術(shù)與生物信息學(xué)算法的結(jié)合在解析生物大分子調(diào)控過程中的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。其結(jié)果闡明了植物poly(A)尾中的G含量可通過抑制PAB結(jié)合影響蛋白翻譯效率，是對(duì)近代分子生物學(xué)中心法則的拓展與創(chuàng)新。該研究對(duì)探究其他物種中mRNA的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)理具有重要參考價(jià)值。
中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所曹曉風(fēng)研究員和錢文峰研究員為論文的共同通訊作者；肇濤瀾、郇慶、孫婧和劉春艷博士為共同第一作者；中科院植物所劉春明研究組、美國賓夕法尼亞大學(xué)Brian D. Gregory研究組參與了相關(guān)的研究工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院與植物基因組學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。
論文鏈接：Genome Biology
注：本文轉(zhuǎn)載自BMC期刊。
