蛋白质-RNA相互作用鉴定技术研究进展

RNA结合蛋白(RNA binding protein, RBP)是基因表达调控的关键因子，参与包括蛋白质复合物的协调与稳定、RNA的加工与成熟以及mRNA的转运、稳定、翻译和降解等重要的细胞生物学过程。而RBP和RNA之间的相互作用可以在它们各自的生物学过程中起到重要作用。因此，快速、准确检测RBP-RNA相互作用的技术对研究RBP和RNA的功能至关重要。对近些年发展起来的RNA纯化的染色质分离（chromatin isolation by RNA purification，ChIRP）、RNA靶标的捕获杂交分析（capture hybridization analysis of RNA targets，CHART）、三分子荧光互补技术（trimolecular fluorescence complementation，TriFC）、RNA免疫共沉淀(RNA immunoprecipitation, RIP)、紫外交联免疫沉淀(UV-crosslinking and immunoprecipitation，CLIP)、RNA Pull-down和RNA电泳迁移分析等主要RBP-RNA相互作用鉴定技术的基本原理和优缺点以及应用进行了综述，旨在为新型技术的发现提供新的思路。     

紫外交联免疫沉淀技术原理及其应用

紫外交联免疫沉淀（UV cross-linking immunoprecipitation,CLIP）技术最初建立于2003年。通过紫外交联、免疫沉淀、逆转录及后续的高通量测序等步骤,可在全转录组范围鉴定特定RNA结合蛋白（RNA-binding proteins,RBP）的靶标RNA序列和结合位点。在近20年的应用过程中,该技术被不断改进和完善,可操作性、实验结果的准确性都有所提升,技术的应用范围也有所拓展。本文对CLIP技术的基本原理、实验方法、实际应用进行介绍,着重比较几种主流CLIP技术的异同,并对如何选择具体的技术路线提出建议。     

反式激活应答元件RNA在HIV-1感染中的作用

反式激活应答(transactivation response,TAR)元件RNA作为HIV-1中的一种非编码RNA,从转录与翻译水平负调控HIV-1的基因表达.同时HIV-1采取了相应的策略拮抗TAR RNA的负调控作用:病毒蛋白Tat或细胞蛋白TAR RNA结合蛋白(TRBP)结合TAR RNA后,分别在转录与翻译水平促进HIV-1的基因表达.此外,TAR编码的miRNA有助于保持HIV的潜伏感染及阻止细胞凋亡.TAR与其它蛋白间相互作用及其功能的研究对于深入了解HIV-1感染细胞后的调控机制,寻求新的抗HIV治疗靶点具有重要意义.     

拟南芥EBP1蛋白与RNA相互作用的初步研究

基因表达调控是现代分子生物学研究的热点话题,随着研究手段的不断成熟,其RNA转录后调控已成为备受关注的领域。RNA结合蛋白(RBPs)是转录后调控的关键因子,参与RNA可变剪切、RNA稳定、翻译等多个过程的调控。ErbB3绑定蛋白(EBP1)是结构功能高度保守的RNA结合蛋白,可与rRNA、tRNA、mRNA等多种RNA结合,参与调控核糖体生物生成、蛋白质翻译多个过程,但目前已报道的靶RNA甚少,对靶RNA的作用机制目前仍不清楚。通过生物信息学分析发现拟南芥EBP1结合RNA的保守结构域,并在体外可直接结合"GUCUCUCACUGCGACGGCUU"序列;通过RNA免疫共沉淀实验找到了3个靶mRNA(AT1G24792、AT3G25211、AT3G24320);结合核糖体提取及虫草素处理实验发现EBP1可显著调控特定靶mRNA的稳定性及其翻译速率。研究结果不仅证实拟南芥EBP1具有结合RNA的功能,还显示其参与调控靶RNA的转录后事件,为进一步研究EBP1在转录后调控的生物学机制奠定基础。     

MiR-26b是前列腺癌中的抑癌微RNA（英文）

微RNAs(又称miRNAs或miRs)是一类长度为19~24个核苷酸的单链非编码RNA分子.miRNA通过与其靶向的mRNA分子序列特异性互补配对,调节mRNA表达水平,抑制转录后的蛋白质翻译.miRNA在肿瘤中既可作为致癌因子也可作为抑癌因子.本研究前期已报道miR-26b在前列腺癌细胞系中低表达,并且抑制细胞自噬.本研究进一步全面揭示miR-26b对前列腺肿瘤细胞的作用.我们发现过表达miR-26b能够在体外抑制前列腺癌细胞的增殖和侵袭,并抑制裸鼠体内原位异种前列腺肿瘤的生长.为了探究miR-26b对前列腺癌细胞增殖和侵袭的潜在调控机制,我们进行了表达谱芯片鉴定miR-26b调控基因.表达谱芯片分析表明,在前列腺癌细胞系PC-3中过表达miR-26b后,显著上调的基因57个,显著下调的基因55个(变化倍数均大于2,且P值小于0.05).差异基因的功能多与细胞增殖、凋亡调控、蛋白质磷酸化和泛素化修饰调控过程相关,并且富集在多种信号通路中,例如TNF和TGF-β信号通路.在这些筛选出的基因中,CEACAM6表达水平下调2.17倍;序列分析及实验验证表明,CEACAM6的3′UTR区存在miR-26b的互补序列,是miR-26b的直接靶标.本研究证明了miR-26b能够靶向结合抑制CEACAM6的表达,从而抑制前列腺癌细胞在体外和体内的细胞增殖和侵袭活性,miR-26b是前列腺癌中的抑癌microRNA.     

哺乳动物PUF家族蛋白PUMILIO1的伴侣蛋白研究

目的:探索NIH3T3和DU145细胞中PUM1蛋白的伴侣蛋白。方法:收集NIH3T3和DU145细胞进行免疫沉淀实验,实验组和对照组分别使用抗PUM1抗体和抗Goat-Ig G抗体。通过银染实验观察实验组与对照组是否有差异性条带,通过质谱鉴定和Mascot软件对差异性条带所包含的蛋白进行分析,鉴定PUM1蛋白在细胞中发挥作用时的可能互动蛋白。结果:在NIH3T3和DU145细胞银染实验中,实验组凝胶泳道均在约37 KD处出现差异性条带。对NIH3T3细胞中差异性条带进行质谱分析,通过Mascot软件肽质量指纹谱搜索,将有真实差异的蛋白评分最低阈值设为65,P0.05,结果显示肽段评分最高的蛋白为NDFIP2蛋白。与NCBInr数据库比对,检测到针对NDFIP2的肽段的覆盖率为40%。结论:NDFIP2与哺乳动物PUM1蛋白在细胞内关联,可能是PUF家族蛋白的伴侣蛋白。     

运用紫外交联免疫沉淀技术构建RNA结合蛋白的靶基因文库

紫外交联免疫沉淀(crosslinking-immunoprecipitation,CLIP)是一种研究RNA结合蛋白的技术,它通过特异性抗体富集靶RNA片段,然后逆转录构建cDNA文库,最后进行高通量测序。它可以在基因组水平上全景式研究靶RNA的特点,为揭示该蛋白生物学功能与分子功能提供新的依据。本研究针对一个已知的RNA结合蛋白MOV10(moloney leukemia virus 10),通过CLIP技术构建cDNA文库,然后小规模克隆后测序,得到小部分靶RNA信息,并利用RNA免疫沉淀技术(RNA-immunoprecipitation,RIP)进行验证。测序提示MOV10结合mRNA,而其中有部分是其已知靶标。说明该文库可以用于后续深度测序,为研究该蛋白在精子发生领域内的功能和机制奠定基础。     

RBM15结合促进RNA内含子或外显子滞留

RBM15是一种RNA结合蛋白,参与到RNA的m6A修饰及可变剪接调控中.然而,RBM15在转录组水平如何调控可变剪接尚不清楚.本研究应用超分辨率荧光显微镜技术发现,RBM15在细胞核中形成斑点状结构,且与核斑有密切接触或完全定位于核斑中.核斑为细胞核中无膜细胞器,富含多种剪接因子,这提示RBM15可能参与到可变剪接的调控过程中.为了确定RBM15能否及如何调控可变剪接,我们利用siRNA敲低RBM15,并对敲低RBM15和野生型细胞进行二代测序.结果显示,敲低RBM15能够引起1 111个转录本中的1 279个可变剪接事件的变化.与已发表的RBM15-CLIP数据进行比较分析,我们发现,这1 111个转录本中,有191个能够与RBM15结合,提示这191个转录本可能为RBM15调控的直接靶标.进一步的分析表明,RBM15结合能够促进这191个转录本中的121个发生内含子或外显子的滞留.该研究揭示了RBM15在转录组水平调控可变剪接的规律.     

转录因子结合位点的计算分析方法

基因组上众多基因和非编码转录体按照特定的规律有序地表达是细胞正常生命活动的基础。转录调控是基因表达调控的关键步骤,转录因子结合在基因启动子序列中的转录因子结合位点,启动基因的转录和控制基因的转录效率。分析转录因子结合位点对研究基因调控系统有着重要意义,生物信息学在转录因子结合位点的研究中发挥着关键的作用。文章综述了分析蛋白质编码基因的转录因子结合位点的典型流程,总结了主要的算法、软件和资源,并简要评述了目前非编码RNA转录调控的研究现状。     

动植物中RNA结合蛋白的研究进展

RNA结合蛋白(RNA-binding proteins)在转录后基因表达调节中起着重要的作用,它通过和RNA相互作用来调节细胞的功能。RNA结合蛋白参与RNA剪接、多聚腺苷化作用、序列编辑、RNA转运、维持RNA的稳定和降解、细胞内定位和翻译控制等RNA代谢的各个方面。主要介绍了RNA结合蛋白的结构、靶标RNA及RNA结合蛋白在动植物和疾病中的研究。     

热激蛋白Hsp72促进热休克下HuR对p21CIP1的调控作用

RNA结合蛋白HuR可以结合并调控靶标mRNA稳定性与翻译,但影响HuR 结合活性的因素有待探讨。本研究从蛋白质-蛋白质相互作用角度对影响HuR 与RNA结合活性的因素做了探讨。结果发现,热激蛋白Hsp72在细胞浆与HuR相互作用并促进HuR与p21 (KIP1) 3′UTR（3′非翻译区）的结合; 热休克下Hsp72总蛋白质及细胞浆蛋白质水平上调、但HuR总蛋白质及细胞浆蛋白质水平不变|热休克下HuR与p21 3′UTR的相互作用加强、p21蛋白及mRNA水平上调。上述结果提示,Hsp72可通过与HuR相互作用促进后者与p21 mRNA的结合,进而加强热休克下HuR对p21的表达的促进作用。这些结果为进一步解析HuR的生物学作用机制提供了实验依据。     

从转录水平研究SATB1表达调控的分子机制

目的:研究SATB1 5'转录调控区及3'UTR的调控作用,以阐明SATB1在各肿瘤细胞系中的表达和调控机制.方法:采用半定量RT-PCR分析人乳腺癌细胞系BT549和MCF7、人肺癌细胞系NCI-H-446、QG56和SPC-A1中SATB1的转录水平.并利用Western Blot方法检测各肿瘤细胞系中蛋白表达水平.分别构建SATB1两个转录本5'上游序列驱动的报告基因载体.将栽体瞬时转染QG56及SPC-A1.构建含SATB1基因3'非翻译区(3'UTR)的报告载体,瞬时转染NCI-H446、QG56及SIC-A1.运用双通道荧光素酶报告系统检测荧光素酶活性.结果:在BT549、NCI-H-446、QG56和SPC-A1中检测到SATB1的转录本2,仅在BT549及QG56有转录本1表达;但在NCI-H-446、QG56及SIC-A1中,未检测到蛋白水平的表达.在QG56中,转录本1上游-638～+404序列段荧光素酶活性最高,而在SPC-A1中转录本2上游-1218～+48序列段的荧光素酶活性最高.运用生物信息学分析-638～+404和-1218～+48两个序列段的转录因子结合位点.在NCI-H-446中,含有SATB1 3'非翻译区(3'UTR)报告载体的荧光素酶活性显著低于PGL3 control的活性(P＜0.05).结论:在肺癌细胞中,SATB1的表达与细胞转移能力的高低无关.RT-PCR、荧光素酶活性及生物信息学分析结果的一致表明SATB1的两个转录本分别受其5'上游序列调控.在NCI-H-446中,SATB1的表达受其3'UTR的调控.     

提高易自聚合蛋白质与核酸相互作用效率的一种简单方法

对蛋白质、DNA和RNA的相互作用(结合)的研究是分子生物学的基本课题.多数DNA和RNA的结合蛋白都具有自聚合倾向,在体外实验中会造成难以和DNA或RNA形成结合物而影响实验的结果.用荧光素异硫氰酸酯(FITC)标记蛋白质能显著抑制这种自聚合倾向,而大幅度提高其与核酸分子的结合效率.这一简单方法已用于在细胞角蛋白18与转录因子C/EBPβ3′UTR RNA结合研究中.     

RNA结合蛋白与RNA相互作用鉴定技术

RNA结合蛋白(RNA binding proteins,RBPs)通过与RNA相互作用,广泛参与到RNA的剪切、转运、编辑、胞内定位及翻译调控等过程中。RNA领域尤其是非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)研究的快速发展,催生了多种RBPs-RNAs相互作用鉴定技术。这些技术反之又推动了RNA领域的研究进程。本文对紫外交联免疫沉淀(ultraviolet crosslinking and immunoprecipitation,CLIP),CLIP cDNA文库高通量测序(high-throughput sequencing of CLIP cDNA library,HITS-CLIP),光活化核苷增强的CLIP(photoactivatable-ribonucleoside-enhanced crosslinking and immunoprecipitation,PAR-CLIP),单核苷酸分离CLIP(individual nucleotide resolution CLIP,i CLIP),TRIBE(targets of RNA-binding protein identified by editing),RNA标记,相互作用组捕获(interactome capture,IC)和Ser IC(serial RNA interactome capture)等RBPs-RNAs相互作用鉴定技术的基本原理和优缺点以及应用进行综述。     

微生物产生的冷休克蛋白研究进展

冷休克蛋白(cold shock protein,Csp)首先在大肠杆菌中发现,它与微生物对冷环境的适应及多种细胞功能有关。冷休克蛋白基因是一段编码70个左右氨基酸的DNA序列,在这段序列中有5′非翻译区(5′UTR)、冷盒及下游盒等特征。冷休克蛋白作为DNA或RNA结合蛋白在基因表达调控过程中起重要作用。冷休克蛋白在转录、mRNA稳定性及翻译等几个水平上被严格调控。     

SIK1作为miR-93新的靶基因抑制前列腺癌细胞增殖、侵袭和迁移

该文探讨了SIK1作为miR-93新的靶基因对前列腺癌细胞增殖、侵袭和迁移的抑制作用。采用重组质粒pcDNA3.1-SIK1上调前列腺癌细胞中SIK1的表达后,利用CCK8和克隆形成实验检测细胞增殖;利用细胞划痕和Transwell实验检测细胞侵袭和迁移;利用Western blot检测E-cadherin和Vimentin的蛋白表达。采用生物信息学方法预测靶向SIK1 mRNA的3’UTR的miRNAs并进行筛选;双荧光素酶报告实验和Western blot验证miR-93靶向调控SIK1。结果显示,上调SIK1的表达能抑制前列腺癌细胞的增殖、侵袭和迁移,并增加E-cadherin和减少Vimentin蛋白表达;miR-93能够靶向负调控SIK1。总之,SIK1可作为miR-93一个新的靶基因抑制前列腺癌细胞增殖、侵袭和迁移。     

细菌RNA结合蛋白Hfq的DNA压缩和复制作用研究进展

RNA结合蛋白(RNA-Binding Protein)Hfq是一种重要的细菌转录后调节因子,之前对Hfq的研究大多集中在该蛋白对小分子非编码RNA (Small Non-Coding RNA,sRNA)和mRNA的作用上。Hfq最典型的功能是促进sRNA与其靶标mRNA碱基配对,在转录后介导对RNA的稳定性和翻译的调控。此外,Hfq也能与多种蛋白质直接或间接相互作用。然而,近年来的研究表明,除了RNA和蛋白质,Hfq还可以与DNA相互作用,在DNA压缩(DNA Compaction)和DNA复制(DNA Replication)等多种DNA代谢过程中发挥直接或间接的调控作用。额外的靶标和功能的鉴定将进一步夯实Hfq作为细菌中多种代谢途径核心调控因子的重要地位,也表明该蛋白的功能并不局限于其在RNA和蛋白质代谢中的作用。本文总结了Hfq在DNA代谢调控中的近几年最新研究进展,并展望了其前景。