伊成器课题组与合作者揭示假尿苷合酶在miRNA加工和tRNA修饰中的新功能

2019年12月9日,北京大学生命科学学院、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室伊成器教授课题组与北京大学第三医院生殖医学中心李默课题组在《Nature Chemical Biology》上发表了题为“Differential roles of human PUS10 in miRNA processing and tRNA pseudouridylation”的研究论文(原文链接:https://www.nature.com/articles/s41589-019-0420-5)。

假尿苷修饰(Ψ是细胞内RNA上最丰富的修饰,被称为RNA的“第五种核苷”, 它是由假尿苷合酶催化产生的。在tRNA、rRNA、snRNA等细胞内丰度高的非编码RNA上均发现有丰富的假尿苷修饰;近年随着测序技术的发展,发现mRNA上也存在丰富的假尿苷修饰。然而,目前对和假尿苷合酶的功能和机制知之甚少。以最晚发现的假尿苷合酶家族PUS10为例:只有古细菌的pus10的部分tRNA底物被报道过,而人源的PUS10的功能和底物仍然未知。

PUS10调控miRNA加工和催化tRNA修饰的模式图。

为了研究假尿苷合酶的功能,研究者首先进行了共表达分析,发现人源的13个假尿苷合酶中只有PUS10与microprocessor(DGCR8-DROSHA复合物)有共表达。hPUS10敲除之后会导致大量成熟的miRNA表达量下降,同时伴随前体primary miRNA (pri-mRNA)的累积,说明hPUS10能够促进pri-miRNA的加工从而调节miRNA的表达。进一步研究发现,PUS10对miRNA的调节作用不依赖于其假尿苷合酶的催化活性。机制上,在细胞核内PUS10直接结合pri-miRNA并招募microprocessor,从而促进miRNA的生成。而在细胞质内,PUS10能够修饰tRNA,并且其假尿苷合酶的催化活性对细胞生长起到重要作用。此外,研究者开发了新的小RNA中Ψ修饰的测序技术,并鉴定了PUS10的完整tRNA底物图谱。综上,本研究发现传统意义上的tRNA修饰酶hPUS10具有调控miRNA表达的非经典功能。

北京大学生命科学学院博士后宋靖慧、17级博士生庄元以及博士毕业生朱晨旭为该论文的并列第一作者,蛋白质与植物基因研究国家重点实验室伊成器教授教授和北京大学第三医院生殖医学中心李默教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、北大清华生命科学联合中心、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室以及中国博士后科学基金等多方资助。