斯坦福大学Mark A. Kay教授访问我室并做学术报告

斯坦福大学Mark A. Kay教授访问我室并做学术报告

2019年11月11日14:00-15:30,应陆剑研究员邀请,来自斯坦福大学的Mark A. Kay教授访问了北京大学蛋白质与植物基因重点实验室,并在王克桢楼348会议室进行了题为“The tRNA Big Bang: tRNA derived small RNAs and their role in regulating genes”的报告,讲座由陆剑研究员主持。

Mark A. Kay教授任职于斯坦福大学遗传学系和儿科学系,其实验室致力于开发基因递送载体用于遗传性和后天性肝脏疾病的基因治疗,以及通过操纵非编码RNA来治疗人类疾病。他们的研究揭示了哺乳动物miRNA如何载入活跃的RISC复合体,并发现了多种新的非编码RNA包括来源于tRNA的小RNA(tsRNA), 相关工作大多发表在Nature, Cell, Nature Medicine, Molecular Therapy等主流杂志,在领域内有很大影响。在当天的报告中,Mark A. Kay教授主要介绍了tsRNA调控基因表达的机制及其在肿瘤治疗中的应用。

在很长一段时间里,tsRNA被当作是tRNA降解的副产物,不具有生物学功能,但最近越来越多的研究揭示了tsRNA在维持细胞内环境稳态、细胞增殖和凋亡等过程中发挥着重要作用,然而在这些过程中tsRNA发挥作用具体机制仍不清楚。为此,Mark A. Kay教授课题组通过在肿瘤细胞系中转入对应不同tsRNA序列的反义寡核苷酸序列(antisense oligo,ASO),干扰tsRNA的正常功能,来筛选可能影响细胞增殖的tsRNA。在此过程中,他们发现当细胞中转入LeuCAG3'tsRNA的ASO时,细胞的生长受到明显抑制,而转入其他tsRNA的ASO没有明显影响。他们发现LeuCAG3'tsRNA的ASO并不会影响成熟Leu-CAG tRNA的正常功能,也不会影响细胞整体的翻译状况,因而ASO的作用应该是通过干扰LeuCAG3'tsRNA实现的。进一步的分析表明LeuCAG3'tsRNA可以通过两种方式调控核糖体40S小亚基的生成:一方面LeuCAG3'tsRNA可以促进30S pre-rRNA到18S rRNA的加工过程,但是具体机制仍不清楚;另一方面,LeuCAG3'tsRNA可以促进RPS28 mRNA的翻译。RPS28 mRNA的CDS起始密码子附近和3' UTR中有两个可以和LeuCAG3'tsRNA通过碱基互补来配对的区域,在LeuCAG3'tsRNA跟转入细胞的外源ASO结合时,这两个区域与RPS28 mRNA的其他部分通过碱基配对形成稳定的二级结构,阻碍核糖体翻译;没有外源的ASO时,LeuCAG3'tsRNA则会跟这两个靶位点配对,打开RPS28 mRNA的二级结构,促进其被核糖体翻译。除了LeuCAG3'tsRNA,他们发现细胞中还有其他160多种3'tsRNA,并结合生物信息学方法预测了它们可能靶基因,将会在未来进行功能验证。基于这一机制,他们还通过小鼠体内的人源肝细胞癌原位移植模型,验证了通过外源递送LeuCAG3'tsRNA ASO可以抑制肿瘤细胞生长的可能性。以上研究揭示了tsRNA调控mRNA翻译的一种新的分子机制,并初步证明了其在肿瘤治疗中的应用前景,为我们研究tsRNA的功能并将其应用于人类疾病的治疗提供了新颖的角度。