Nature同期两篇论文揭示内含子重要作用：帮助细胞在饥饿中存活

2019-01-18 11:55:11   来源：早检测网   栏目：学术资讯

对于真核生物来说，从DNA新转录的前体mRNA含有内含子和外显子序列，通过RNA剪接的过程切除内含子，剩余的外显子序列连接在一起以形成成熟mRNA，然后将其翻译成蛋白质。这也是真核生物编码基因和原核生物编码基因最大的区别。

之前的研究通常认为内含子是外显子连接的可有可无的副产物，因为它们在剪接后迅速降解。

对于最简单的真核生物酵母菌来说，酵母中大约5％的编码基因含有内含子，只有9个编码基因含有一个以上内含子。

对于哺乳动物来说，90％的编码基因含有内含子，每个基因平均有8个内含子，而且内含子长度通常比外显子长很多。

但是切除内含子、连接外显子，这一过程非常复杂精确。而且更高等的生命内含子更多，如果内含子仅仅作为可有可无的副产物，显然不符合进化的规律。

2019年1月16日，Nature杂志同期在线发表了两篇关于内含子的研究论文（Article）。这两项研究都很好地证明了内含子在营养不良条件下的重要性。内含子对于细胞在营养匮乏的培养稳定期的生存是必要的，而且与内含子所在的基因编码的蛋白质无关。

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Excised linear introns regulate growth in yeast （切除的线性内含子调节酵母的生长）

通讯作者：霍华德休斯医学中心，David P. Bartel研究员

该团队开发了一种测序工作流程，用于检测在稳定期内在酵母细胞中积累的内含子，并发现这些内含子处于切除和脱支形式。他们观察到缺乏这些内含子中的一种或多种的菌株在营养贫乏的条件下比野生型酵母更难以存活。他们分离出一个积累的内含子，发现它与一组类似于内含子-套索剪接体（ILS）蛋白复合物的蛋白质相关，这些蛋白复合物在RNA剪接过程中组装。他们提出，与切除的内含子结合的剪接相关蛋白可以保护它免于降解。以前的研究表明Prp43是一种参与剪接的蛋白质，可以主动分解ILS复合物。确定Prp43活性是否在稳定期降低，使ILS样复合物持续存在将是有趣的，特别是因为Prp43在核糖体的产生中也起作用，这一过程在稳定期同样下调。

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Introns are mediators of cell response to starvation （内含子是细胞对饥饿的反应的介质）

通讯作者：加拿大Sherbrooke大学，Sherif Abou Elela 教授

该团队构建了295个酵母菌株的文库，每个酵母菌株都有一个从其基因组中删除的单个不同的内含子，另外还有9个基因最初包含两个内含子的菌株，这两个内含子都已被去除。 当与培养物中的野生型菌株一起生长时，一旦达到稳定期，许多突变菌株不能与野生型菌株竞争，并且这些细胞群消失。 这种生长缺点与含有缺失内含子的基因的功能无关。

然后，研究团队合成了一个含有该基因的小DNA分子，该基因产生一个在稳定期累积的内含子。 当他们将这种基因导入具有内含子缺失的酵母细胞时，就会修复内含子缺失酵母的生长缺陷。 甚至当基因已经突变以使其编码不能进行剪接或翻译的RNA分子时也是如此。 

这些发现表明，当营养物质受限时，使细胞生长的元素是内含子本身，而不是信使RNA或由基因编码的蛋白质。 有趣的是，只有当包含RNA分子的5'末端和第一个外显子的序列未被修饰时，才发生这种生长缺陷的修复。 作者得出结论，RNA分子5'末端的3D结构在饥饿条件下有助于内含子的功能。

这两项研究都很好地证明了内含子在营养不良条件下的重要性，内含子的存在有助于酵母更好的适应压力条件下的生存。但这两项研究发现了两种不同形式，尚不清楚确定的两种不同形式的内含子RNA是以相同还是不同的方式起作用，具体机制还需要进一步研究确定。

但这些研究通过令人信服的实验证据，给我们展示了对内含子作用的新的认知，为我们进一步理解内含子的功能和作用奠定了基础。

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