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哺乳动物红细胞生成中RNA-蛋白质相互作用和RNA二级结构的动态变化
发布时间:2021-12-27 11:30:52作者:辉骏生物-fitgene

调节其转录后命运的真核 RNA 分子的两个特征是 RNA 二级结构和 RNA 结合蛋白 (RBP) 相互作用位点。然而,从未获得对红细胞生成过程中这些序列特征的动态性质的全面全局概述。在这里,我们使用我们的核糖核酸酶介导的结构和 RBP 结合位点映射方法来揭示 RNA 二级结构和 RBP-RNA 相互作用位点的全球景观,以及在这一重要发展过程中这些特征的动态。我们在整个过程中确定了 RNA 二级结构和 RBP 结合的动态模式,并确定了一组相应的蛋白质结合序列基序及其动态结构和 RBP 结合背景。最后,使用这些动态结合序列,我们确定了许多在哺乳动物红细胞生成过程中在转录后调节中具有已知和假定关键功能的 RBP。总的来说,这项全球分析揭示了哺乳动物血细胞发育的新转录后调节剂。


在真核系统中,RNA 结合蛋白 (RBP) 从合成到衰变与 RNA 相互作用,从而增加了转录组的复杂性。最近的一项完整的 mRNA RBPome 研究在 HeLa 细胞中鉴定了数百个 RBP,这些 RBP 能够在确定 RNA 功能方面发挥关键作用。 这些功能包括一系列转录后过程,包括剪接、聚腺苷酸化、核输出、定位、运输、翻译和降解。


已显示 RBP 以序列和 RNA 二级结构特异性方式与其结合靶标相互作用。 在过去十年中出现了几种高通量方法来解决 RNA 结合蛋白、它们的目标和 RNA 二级结构之间的相互作用。 这些技术通常使用化学探针或结构特异性 RNases(单链 RNases (ssRNases) 和双链 RNases [dsRNases])来提供单链或双链结构区域的位点特异性证据 。


迄今为止,已知的 RBP-RNA 相互作用位点库是建立在逐个蛋白质的基础上的,研究确定了单个感兴趣的蛋白质的靶标,通常通过使用交联和免疫沉淀测序 (CLIP -seq)。在 CLIP-seq 中,样品被紫外线照射以诱导蛋白质与其 RNA 靶标的交联。 随后用抗体进行免疫沉淀会拉下蛋白质和结合的 RNA 片段,然后对这些片段进行测序并映射回转录组。 例如,该技术用于识别整个转录组中的 PABPC1 结合位点,并且该研究进一步证明了 5' UTR PABPC1 相互作用位点介导了对结合目标转录本的翻译控制。与这种有针对性的方法相比,我们最近报道了蛋白质相互作用谱测序 (PIP-seq) 的方法,该方法允许对感兴趣的样本中的 RBP-RNA 相互作用位点进行全局和无偏见的分析。 在 PIP-seq 中,RNA-蛋白质相互作用通过甲醛交联稳定,然后使用蛋白酶、ssRNase 和 dsRNase 处理的组合进行询问。 这种方法创建了一组正交文库,能够同时阐明整个目标转录组中的 RNA 二级结构和蛋白质结合序列。


对哺乳动物红细胞生成的研究表明,该过程涉及基因表达的一系列复杂且具有阶段特异性的变化。 成熟的红细胞来源于造血干细胞和祖细胞,它们经历了一系列越来越严格的谱系定型事件。 重要的是,这个过程包括对转录后调控过程的严重依赖,尤其是在其终端步骤 。 终末红细胞生成包括细胞大小减少、血红蛋白生成增加、膜重组、染色质凝聚,最后是去核。 虽然分化的每个阶段也表现出阶段特定的转录组,但 RNA 二级结构和 RBP 结合位点动力学对该过程的贡献以前尚未在全球范围内进行过探索。


在这里,通过对小鼠红细胞白血病 (MEL) 细胞进行 PIP-seq,我们确定了 RBP 结合位点,提供了对 RNA 二级结构的全转录组观察,并在红细胞的终末阶段分析了这些 RNA 特征及其相互作用发展。  我们的结果对哺乳动物红细胞发育的终末阶段发生的 RBP 结合事件和 RNA 二级结构变化产生了公正的看法。   此外,这些数据集为未来研究结合 RNA 区域和 RNA 二级结构对细胞分化这一关键过程的功能重要性提供了资源。


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