RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)調(diào)控Dscam和serpent互斥可變剪接的機(jī)制研究.pdf

1、可變剪接是基因轉(zhuǎn)錄后加工的重要方式之一，在后生動(dòng)物蛋白質(zhì)組和功能多樣性的產(chǎn)生過程中發(fā)揮著重要的作用。果蠅唐氏綜合癥細(xì)胞粘附因子基因（Dscam）通過互斥可變剪接能夠編碼38，016種不同的細(xì)胞表面免疫球蛋白異構(gòu)體，是許多教科書中互斥可變剪接研究的經(jīng)典案例。但是由于Dscam的復(fù)雜性，目前我們對(duì)其互斥可變剪接的調(diào)控機(jī)制仍然知之甚少。
　　本文首先通過比較基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)除雙翅目外的昆蟲物種中Dscam外顯子17.1與17.2之間的

2、內(nèi)含子均小于57nt。隨后我們的結(jié)果顯示果蠅和蚊子中外顯子17.2前的分支位點(diǎn)到外顯子17.1的5'剪接位點(diǎn)的距離也低于正常剪接的臨界值(果蠅和哺乳動(dòng)物中臨界值為50～60 nt)。因此，當(dāng)U1和U2 snRNP分別與5'剪接位點(diǎn)和分支位點(diǎn)結(jié)合時(shí)，其產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)能夠保證Dscam外顯子17.1和17.2的互斥選擇。我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子-外顯子的RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)在六個(gè)目38種非果蠅昆蟲物種（雙翅目、鱗翅目、鞘翅目、膜翅目、半翅目、虱毛目）中

3、是保守的，通過遮蓋3'剪接位點(diǎn)調(diào)控外顯子17的選擇。此外，研究結(jié)果顯示果蠅具有兩對(duì)特異的RNA配對(duì)，之前未發(fā)現(xiàn)的一對(duì)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)能夠通過拉近上、下游剪接位點(diǎn)的空間距離特異性激活外顯子17.1的表達(dá);而另一對(duì)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)則通過妨礙剪接因子U2AF65與多聚嘧啶區(qū)的結(jié)合抑制外顯子17.1的選擇?？傊?，我們的結(jié)果展示了跨越～30億年的昆蟲進(jìn)化過程中，逐步復(fù)雜的Dscam外顯子17互斥可變剪接調(diào)控機(jī)制，提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)的RNA配對(duì)與空間位阻聯(lián)

4、合調(diào)控互斥可變剪接的模型。
　　為了驗(yàn)證上述調(diào)控模型是否具有普遍適用性，我們對(duì)其他存在互斥可變剪接的多個(gè)基因進(jìn)行了研究。令人興奮的是，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的調(diào)控serpent前體mRNA互斥可變剪接的分子模型——雙向RNA配對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)性調(diào)控模型。果蠅serpent外顯子4中存在四個(gè)保守的內(nèi)含子元件，分別能夠形成上游和下游的RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)。該雙向RNA配對(duì)可以精細(xì)調(diào)控可變外顯子的選擇，提高互斥可變剪接的保真性。其中上游的RNA配對(duì)能夠特異

5、的激活外顯子4.1的選擇，下游的RNA配對(duì)則激活外顯子4.2的表達(dá)。我們發(fā)現(xiàn)可變外顯子4的選擇主要依賴于上、下游RNA配對(duì)的相對(duì)熱力學(xué)穩(wěn)定性以及剪接位點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度。重要的是，雙向RNA配對(duì)的進(jìn)化擴(kuò)展仍然能夠保證具有多個(gè)可變外顯子基因互斥可變剪接的準(zhǔn)確性，比早前報(bào)道的RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)性調(diào)控模型更有利于生物體的遺傳進(jìn)化。此外，昆蟲Dscam外顯子4、9和RIC-3基因中也存在類似的進(jìn)化保守的雙向RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)。最后，我們提出了一個(gè)調(diào)控互斥可