清华大学杨雪瑞团队系统解析RBP-RNA编辑的结合偏好性与功能关联

腺苷-肌苷(Adenosine-to-inosine, A -to-I)编辑是一种重要的RNA转录后过程，与多种细胞和分子活动相关。然而，关于RNA编辑事件是否以及如何与RNA序列与RNA结合蛋白(RBPs)的结合偏好相关，目前仍缺乏系统的研究。

2022年8月4日，清华大学杨雪瑞团队在Genome Biology 上在线发表题为“Survey of the binding preferences of RNA-binding proteins to RNA editing events”的研究论文，该研究利用ENCODE项目的RNA-seq和RBP eCLIP-seq数据集，定量调查了150个RBPs与RNA编辑事件的结合偏好，然后进行实验验证。

在核苷酸分辨率和全基因组水平对RBPs相关的RNA编辑进行分析，并揭示了RBPs特异性地参与RNA编辑相关过程，如RNA剪接、RNA二级结构、RNA衰变和其他转录后过程。该研究证实了RNA编辑与许多RBPs功能之间的相关性，为进一步表征各种RNA编辑事件和RBPs之间功能关联的研究提供了重要信息。

另外，2021年1月11日，清华大学杨雪瑞团队在Cell Research 在线发表题为“Mutual dependency between lncRNA LETN and protein NPM1 in controlling the nucleolar structure and functions sustaining cell proliferation”的研究论文，该研究揭示了以前未表征的人类长非编码RNA（重命名为LETN）与关键核仁蛋白NPM1之间的相互功能依赖性。具体而言，在多种类型的癌症中，LETN通过与NPM1直接结合而位于核仁中。 LETN在促进NPM1五聚体的形成中起关键作用，NPM1五聚体是核仁颗粒成分的重要组成部分并控制核仁功能。对LETN或NPM1的抑制导致核仁形态的相似而深刻的变化和核仁功能的阻滞，从而导致人类癌细胞和神经祖细胞的增殖抑制。有趣的是，LETN和NPM1之间的这种相互依赖性与NPM1的进化新变异以及LETN在高等灵长类动物中的偶然出现有关。总之，这种人类特异性蛋白–lncRNA轴在需要活动性核仁的癌变和正常发育过程中，提供了具有较高生理相关性的另一重要调控层（点击阅读）。

通过核碱基脱氨基进行的RNA编辑是转录后RNA加工的一个重要过程，可导致腺苷到肌苷(A-to-I)或胞苷到尿苷(C-U)转换。在哺乳动物细胞中，A-to-I编辑是主要类型，由ADAR(作用于RNA的腺苷脱氨酶)家族蛋白进行，C-to-U编辑由APOBEC1与辅因子A1CF进行。RNA编辑既可以发生在预剪接RNA中，也可以发生在成熟RNA中。研究表明，RNA编辑位点大多富集在3 '非翻译区(3 ' utr)和内含子的Alu元件序列中。

由于RNA序列的变化，RNA编辑会导致多种后果。在mRNA编码区进行编辑可能由于密码子的翻译而导致蛋白质变异性增加。RNA编辑的另一个主要影响是选择性剪接。例如，大鼠的ADAR2可以在第4内含子编辑自己的前mRNA，产生一个新的3 '剪接受体。这导致了前体mRNA的选择性剪接和早期终止密码子的引入，作为一种负反馈机制控制ADAR2的水平。RNA编辑还会导致RNA二级结构的变化，包括双链RNA结构的形成和分解，这与胞浆中dsRNA诱导的免疫反应的逃逸有关。

人类RNA结合蛋白(RBPs)大约有1000-2000种，其中大多数在与靶RNA结合时表现出很强的序列或结构选择性。由于特异性的RNA结合偏好，许多RBPs参与了各种与RNA相关的生物学过程，包括转录和转录后加工、翻译调节、RNA衰变等。全面而精确地分配RBPs在转录组中的结合靶序列对于阐明它们的分子功能非常有价值。针对这一目的，目前已经开发了一系列的高通量方法，如HITS-CLIP、PAR-CLIP、iCLIP和eCLIP。这些方法大多数是基于RBPs的免疫沉淀，然后通过二代测序进行RNA谱分析。例如，ENCODE在HepG2和K562两个细胞系中使用eCLIP分析了大约150个RBPs，这是目前RBP CLIP数据最全面的来源。

HepG2和K562细胞中A-to-I RNA编辑事件的概况（图源自Genome Biology ）

RBPs与靶RNA的结合可能依赖于RNA序列、二级和高级结构，可能还依赖于其他第三方分子。其中许多特征可能受到RNA编辑事件的影响。然而，还没有系统地研究特定位点的编辑水平是否以及如何在全基因组范围内影响RBPs结合。在本研究中，基于ENCODE项目生成的RNA-seq和RBP eCLIP数据，研究者们以常规RNA-seq数据为背景，对RBP eCLIP数据中的RNA编辑水平进行了定量评估。这些分析对RBP在单个编辑位点的分辨率上对编辑或未编辑RNA的偏好进行了全面评估。

该研究表明，在全基因组范围内或以特定位点的方式，一些RBPs确实对编辑或未编辑的RNA有很强的结合偏好。对这些结合模式的分析揭示了RBPs特异性地参与RNA编辑相关过程，如RNA剪接、RNA二级结构、RNA衰变和可能的其他转录后过程。综上所述，本研究强调了RNA编辑与许多rbp功能的相关性，因此可作为进一步表征各种RNA编辑事件和RBPs之间功能关联的资源。

清华大学生命学院已毕业博士生胡小林、邹沁为论文共同第一作者，杨雪瑞副教授为论文通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金委、国家重点研发计划重点专项的资助。国家蛋白质科学研究（北京）设施（清华大学蛋白质研究技术中心）下属生物计算平台、基因测序与分析平台为本研究提供了大力支持。

参考信息：

https://doi.org/10.1186/s13059-022-02741-8

转自：“iNature”微信公众号

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