转录辅调节因子在剪接过程中的作用

细胞通过基因表达调控来应对外界刺激,其中对基因转录起始和pre-mRNA剪接的调控是基因表达调控的重要环节。越来越多的实验显示基因转录和pre-mRNA剪接这两个过程在时空上密切相关。基因转录能调节剪接模式的选择性,反之剪接过程也影响基因转录。近年来研究发现转录辅调节因子在联系转录和剪接过程中扮演着重要角色。转录辅调节因子对基因表达的调控不仅在于影响转录产物的量,还可以调控pre-mRNA的选择性剪接并产生不同的剪接体,从而翻译出具有不同生物学功能的蛋白质。本文主要阐述了基因转录与剪接之间的关系以及它们之间相互作用的机制,有利于更深入理解基因表达调控的过程。     

交替剪接对干细胞多能性维持与谱系分化的调控

交替剪接是转录后修饰的一个重要过程,它很好的解释了基因数量有限性和蛋白质多样性之间巨大差异的问题。交替剪接能够调控细胞的多种生物学行为,比如增殖、分化和发育等,而且与许多疾病的发生相关,包括癌症。干细胞多能性维持和分化的研究大多集中在转录因子、染色质重塑和非编码RNA上,交替剪接概念的引入为干细胞研究提供了一个新的视角。该文综述了干细胞交替剪接调控的最新研究,首先简述了不同类型的干细胞(全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞)中存在的交替剪接事件;其次,从四个方面阐述了交替剪接对干细胞多能性的调控;最后,系统地总结了干细胞向神经组织、肌肉组织、造血系统、脂肪组织和骨组织分化过程中发生的交替剪接事件。这些研究充分说明了未来干细胞领域的研究中,交替剪接是不可或缺的一部分。     

选择剪接：一种基因表达的调控方式

选择剪接是一种在转录后水平直接调节基因表达的调控方式,既可以直接在ＲＮＡ水平上调节基因的表达过程,也可以改变基因的表达产物,对蛋白质的功能和活性进行调节。选择剪接在生物体发育过程中也起着重要的调控作用。     

真核基因可变剪接研究现状与展望

mRNA前体(pre-mRNA)的可变剪接是控制基因表达和产生蛋白质多样性的重要机制,是功能基因组时代的研究重点之一。生物信息学在识别可变剪接基因及其结构、分析可变剪接的功能和调控方式等方面具有重要作用。除了耗时的实验研究,识别可变剪接基因及其结构主要通过EST、mRNA等转录数据与基因组序列进行比对,获得同一基因的不同结构方式。分析蛋白质产物可对可变剪接的功能进行预测;潜在调控元件的统计分析则可为可变剪接调控机制的研究提供必要的数据。转录数据的时空信息以及比较基因组学对理解可变剪接信息的精确调控将提供重要资料。可变剪接及其调控机制的深入研究将为基因组和蛋白质组之间的对接提供重要的桥梁。     

细胞信号转导与可变剪接调控

大多数真核基因能够发生可变剪接,其调控对于生理和病理状态下细胞功能的实现至关重要,而异常可变剪接则可导致多种疾病。虽然已知可变剪接能够在转录后水平调节基因表达,然而目前仍不清楚特定的可变剪接模式是如何被调控的。越来越多的研究发现细胞信号和外界环境刺激能够调控靶基因的剪接模式,并且已发现一些与可变剪接调控有关的信号转导通路,而后者能够通过修饰剪接因子进而改变剪接因子的亚细胞定位或者活性,从而实现对靶基因可变剪接模式的调控。由细胞信号转导通路所构成的网络能够灵活多样地调控基因剪接,一条信号通路可调控多个基因剪接,而多条信号通路也可调控同一基因剪接,对于理解信号转导过程的分子机制具有重要意义。     

开启干细胞多能性的新“按钮”

近日,科学家们发现了一个调控干细胞多能性的新"开关",也就是它能够控制干细胞分化为任何细胞类型的能力,而这个开关涉及了细胞内的mRNA剪接过程.RNA剪接过程能使一个基因产生多条mRNA转录本和与之相应的蛋白.研究人员发现这个"开关"就存在于FOXP1的mRNA剪接过程中,它在胚胎干细胞     

植物基因选择性剪接: 断舍离合, 达权知变

选择性剪接是基因转录后的mRNA通过不同的剪接方式产生多样性成熟转录本的过程, 是真核生物细胞中一种重要的转录后调控方式。植物基因也常通过这种断舍离合的方式产生一专多能的转录本, 达到调节多种生命活动的目的。相较于动物, 植物中该领域的研究起步较晚, 但近年来也取得了长足的进步。该文综述了植物基因选择性剪接的生物学意义、剪接方式和机制、研究方法以及在生长发育与环境胁迫适应性调节中的作用, 并展望了未来的研究方向。     

鱼类基因内含子研究进展

内含子是指断裂基因中的非编码区序列,在编码蛋白质前被去除。在高等生物中,内含子的长度远大于外显子,大部分随机突变会发生在内含子中。因此,内含子的存在使高等生物对突变的耐受能力大大增强了。研究表明,内含子可以提高基因表达效率;影响RNA的转录、剪接加工、出核孔以及翻译等过程;启动某些基因的表达;并通过选择性剪接调控基因的表达。内含子功能的研究成果给当前鱼类免疫基因研究开拓了全新的视野。对内含子的分类、剪接、功能以及鱼类内含子研究的新进展进行了综述,并展望了内含子在鱼类免疫基因研究中的应用。     

维持胚胎干细胞多能性和自我更新的转录因子Oct-4/ Nanog以及相关的调控网络

Oct-4和Nanog是两种维持干细胞多能性和自我更新的转录因子, 它们通过结合靶基因调控区, 选择性地抑制分化基因表达或促进多能性基因表达。它们通常只在多能干细胞中表达, 在分化细胞中不表达。在不同的发育阶段, 它们的表达量受到特异调控, 并且分别与Sox-2、FoxD3等其他转录因子以及LIF、BMP等胞外信号通路互相作用, 形成一个复杂的转录调节crosstalk网络, 在特异时空激活或抑制靶基因的转录; 通过互相制约最终决定干细胞是保持多能性还是分化, 以及向哪个方向分化。此外, Oct-4和Nanog对体细胞重编程为多能细胞也有重要作用。     

Base editing‐mediated perturbation of endogenous PKM1/2 splicing facilitates isoform‐specific functional analysis in vitro and in vivo

Objectives PKM1 and PKM2, which are generated from the alternative splicing of PKM gene, play important roles in tumourigenesis and embryonic development as rate‐limiting enzymes in glycolytic pathway. However, because of the lack of appropriate techniques, the specific functions of the 2 PKM splicing isoforms have not been clarified endogenously yet.Materials and methodsIn this study, we used CRISPR‐based base editors to perturbate the endogenous alternative splicing of PKM by introducing mutations into the splicing junction sites in HCT116 cells and zebrafish embryos. Sanger sequencing, agarose gel electrophoresis and targeted deep sequencing assays were utilized for identifying mutation efficiencies and detecting PKM1/2 splicing isoforms. Cell proliferation assays and RNA‐seq analysis were performed to describe the effects of perturbation of PKM1/2 splicing in tumour cell growth and zebrafish embryo development.ResultsThe splicing sites of PKM, a 5’ donor site of GT and a 3’ acceptor site of AG, were efficiently mutated by cytosine base editor (CBE; BE4max) and adenine base editor (ABE; ABEmax‐NG) with guide RNAs (gRNAs) targeting the splicing sites flanking exons 9 and 10 in HCT116 cells and/or zebrafish embryos. The mutations of the 5’ donor sites of GT flanking exons 9 or 10 into GC resulted in specific loss of PKM1 or PKM2 expression as well as the increase in PKM2 or PKM1 respectively. Specific loss of PKM1 promoted cell proliferation of HCT116 cells and upregulated the expression of cell cycle regulators related to DNA replication and cell cycle phase transition. In contrast, specific loss of PKM2 suppressed cell growth of HCT116 cells and resulted in growth retardation of zebrafish. Meanwhile, we found that mutation of PKM1/2 splicing sites also perturbated the expression of non‐canonical PKM isoforms and produced some novel splicing isoforms.ConclusionsThis work proved that CRISPR‐based base editing strategy can be used to disrupt the endogenous alternative splicing of genes of interest to study the function of specific splicing isoforms in vitro and in vivo. It also reminded us to notice some novel or undesirable splicing isoforms by targeting the splicing junction sites using base editors. In sum, we establish a platform to perturbate endogenous RNA splicing for functional investigation or genetic correction of abnormal splicing events in human diseases.