RNA二級結(jié)構(gòu)調(diào)控Dscam和serpent互斥可變剪接的機制研究.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，目前我們對其互斥可變剪接的調(diào)控機制仍然知之甚少。
　　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前的分支位點到外顯子17.1的5'剪接位點的距離也低于正常剪接的臨界值(果蠅和哺乳動物中臨界值為50～60 nt)。因此，當(dāng)U1和U2 snRNP分別與5'剪接位點和分支位點結(jié)合時，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二級結(jié)構(gòu)在六個目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特異的RNA配對，之前未發(fā)現(xiàn)的一對RNA二級結(jié)構(gòu)能夠通過拉近上、下游剪接位點的空間距離特異性激活外顯子17.1的表達(dá);而另一對RNA二級結(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)控機制，提供了一個動態(tài)的RNA配對與空間位阻聯(lián)

4、合調(diào)控互斥可變剪接的模型。
　　為了驗證上述調(diào)控模型是否具有普遍適用性，我們對其他存在互斥可變剪接的多個基因進行了研究。令人興奮的是，我們發(fā)現(xiàn)了一個新的調(diào)控serpent前體mRNA互斥可變剪接的分子模型——雙向RNA配對的競爭性調(diào)控模型。果蠅serpent外顯子4中存在四個保守的內(nèi)含子元件，分別能夠形成上游和下游的RNA二級結(jié)構(gòu)。該雙向RNA配對可以精細(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配對能夠特異

5、的激活外顯子4.1的選擇，下游的RNA配對則激活外顯子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配對的相對熱力學(xué)穩(wěn)定性以及剪接位點信號強度。重要的是，雙向RNA配對的進化擴展仍然能夠保證具有多個可變外顯子基因互斥可變剪接的準(zhǔn)確性，比早前報道的RNA二級結(jié)構(gòu)競爭性調(diào)控模型更有利于生物體的遺傳進化。此外，昆蟲Dscam外顯子4、9和RIC-3基因中也存在類似的進化保守的雙向RNA二級結(jié)構(gòu)。最后，我們提出了一個調(diào)控互斥可