上海生科院揭示反式剪接的发生机制

　　4月1日，Genes & Development 发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所徐永镇研究组题为A conserved intronic U1 snRNP-binding sequence promotes trans-splicing in Drosophila 的研究论文。

　　RNA剪接通常发生在一个前体RNA (pre-RNA) 的分子内部，即“顺式剪接”(cis-splicing)，但也可以发生在两个前体RNA分子之间，最终生成杂合的mRNA，称为“反式剪接”(trans-splicing)。发生反式剪接的两个前体RNA分子可以来自同一基因的同义链或正反义链，甚至来自于不同染色体上的两个基因。已知的反式剪接基因数量相对较少，但普遍存在于真核生物中。低等真核生物，如锥虫与线虫，其绝大多数基因都需要进行反式剪接的加工，上世纪90年代的研究证明它们是由SL(Spliced Leader) RNA促进发生的。然而，高等真核生物体内并没有发现SL RNA存在，其反式剪接发生机制一直都不甚清楚。为了研究这个科学问题，徐永镇研究组以家蚕和果蝇为材料，系统地开展了昆虫的反式剪接研究。

　　前期通过转录组测序与实验验证，研究组确认了家蚕中存在20个基因的65个反式剪接事件，发现其中的一些反式剪接产物阅读框可以编码完整的、来自于两个基因的蛋白质结构域，这在基因进化研究上具有重要的理论意义(Shao et al., 2012, RNA）。mod(mdg4)和lola 是昆虫中最经典的两个反式剪接基因，它们分别与昆虫的染色质重建和神经元功能密切相关。徐永镇研究组以mod(mdg4)为研究对象，通过细胞水平上的多种截短体和突变体研究，发现该基因反式剪接的发生取决于其5'共同转录产物的最后一个内含子中两个RNA片段，TSA与TSB。TSA与TSB的核心序列在基因组序列已知的12个果蝇属昆虫中高度保守。采用CRISPR/Cas9技术，在黑腹果蝇基因组中特异性地分别敲除这两个RNA片段，导致胚胎发育异常，孵化率明显下降。重要的是研究进一步证明TSA元件为mod(mdg4)基因反式剪接所必需，通过碱基配对，其核心的13 nt序列能够特异性地结合U1 snRNP，促使了反式剪接的发生, 并且TSA元件的单独存在就足以诱导反式剪接的发生。TSB元件具有十分保守的二级结构，起到反式剪接发生的增强子作用。研究还显示TSA元件也存在于昆虫的其它一些反式剪接基因中，如lola，从而揭示出高等真核生物中存在的一种新的反式剪接发生机制。

　　该研究工作主要由博士生高俊丽、副研究员樊玉杰、博士生王修业在研究员徐永镇指导下共同完成，得到了国家自然基金委、科技部和中科院项目的资助。