研究人员发现了以前隐藏的基因沉默过程的步骤

时间：2023年2月8日

来源：Genes & Development

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印第安纳大学布卢明顿分校的研究人员发现了以前隐藏的基因沉默过程的步骤，该过程用于对抗病毒和其他潜在的基因组入侵者。这项新发现发表在《基因与发育》杂志上，报告了第一作者王峰博士在生物学和分子与细胞生物化学特聘教授Craig Pikaard实验室领导的团队的工作

印第安纳大学布卢明顿分校的研究人员发现了以前隐藏的基因沉默过程的步骤，该过程用于对抗病毒和其他潜在的基因组入侵者。这项新发现发表在《基因与发育》杂志上，报告了第一作者王峰博士在生物学和分子与细胞生物化学特聘教授Craig Pikaard实验室领导的团队的工作。这项研究揭示了一个重要蛋白质家族的成员ARGONAUTE 4 (AGO4)是如何结合、切割和保留核糖核酸(RNA)分子片段的，这些分子片段引导匹配序列的基因的化学失活。

由RNA分子介导的基因沉默被称为RNA干扰，或RNAi，发生在包括动物、昆虫、植物和真菌在内的各种生物中。RNAi有几种不同类型，但都有共同的特征。所有这些都始于RNA聚合酶蛋白质读取存储在DNA中的遗传信息并将其复制成RNA，这一过程被称为转录。在所有的RNAi途径中，双链rna (dsRNAs)被合成，两条链像DNA双螺旋一样配对。这些dsRNAs被Dicer蛋白切割成更短的dsRNAs，其单个链的范围为~21-35个核苷酸(RNA聚合物的单个单位)，这取决于物种和RNAi途径。然后将切成丁的dsrna装载到Argonaute家族蛋白中。只有一条链，称为引导链，注定与AGO蛋白保持稳定的结合。另一条被称为客链的链被释放并降解。AGO蛋白然后使用导链找到可以与导链配对的RNA靶标，从而通过不同的方式导致基因沉默。在一种情况下，用于失活编码蛋白质的RNA，引导程序AGO将目标RNA切成两个片段或将目标RNA从蛋白质合成机器中隔离。在另一种情况下，当目标RNA仍在合成时，引导RNA与目标RNA的配对发生，并导致化学修饰被转录基因的蛋白质的募集。在包括植物和人类在内的各种生物中，这些修饰涉及到在转录的DNA上添加单碳甲基，导致基因组织的变化，从而阻止进一步的转录和RNA合成。

在这项新研究中，Wang等人研究了AGO4在植物中被称为rna定向DNA甲基化的RNAi途径中的作用。该途径的dicer酶同时产生23和24个核苷酸(nt) rna，但之前的研究只发现了24个与AGO4相关的nt rna，这使得这23个nt rna的功能不清楚。一项发现来自于分析被改造成AGO4的植物，这种植物无法切割目标rna。在这一行中，23和24个nt rna都与AGO4相关。这表明23个nt rna通常作为24个nt rna的客链，然后被切片，这一假设得到了试管反应的支持。然而，令人惊讶的是，切片的23nt rna片段并没有像预期的那样被释放。相反，它们被AGO4保留了下来，无论是在细胞中还是在试管中。根据这一观察，Wang和同事发现，在切片后，目标RNA片段也被AGO4保留，这表明这些片段在RNA定向的DNA甲基化中发挥了以前未被认识到的作用。与这一观点一致，作者发现AGO4的RNA切片活性是在整个基因组的目标位点上实现高水平DNA甲基化所必需的。作者推测，保留的RNA片段有助于将agag4 -RNA复合物系在相应的DNA序列上，以提高DNA甲基化的效率。