真核细胞中绝大多数前体mRNA（pre-mRNA）的3'端经过切割和多聚腺苷酸化两个步骤的加工后，可以产生具有多聚腺苷酸尾的成熟mRNA【1】。通常哺乳动物的基因含有不止一个多聚腺苷酸位点（PAS），细胞选择使用不同的PAS可产生具有不同长度3'非翻译区、甚至不同编码序列的异构体（isoform）（这一过程被称为可变加尾）。这些异构体在定位、翻译及降解上具有明显的差异【2，3】。可变加尾是近年备受关注的一种重要的转录后调控方式，在分化发育、肿瘤发生等多种生理病理过程中发挥重要调控功能。
可变加尾受到多种因素的调控。3'端加工复合物CFI（Cleavage Factor I）是可变加尾的重要调控因子，CFI的两个组成蛋白CFI-25和CFI-68能广泛调控可变加尾【4-7】。另有研究表明，转录过程中启动子的活性和转录延伸速率也能够调控可变加尾【8-10】。最近的研究表明具有长3'非翻译区的mRNA相对在细胞核中富集【11,12】。在2017年，中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所程红研究组曾发现mRNA出核接头蛋白ALYREF结合在mRNA 的3'区域【13】。这些研究提示mRNA出核转运可能参与调控可变加尾。那么mRNA出核因子怎样调控可变加尾呢？
2019年2月25日，程红研究组和Rutgers New Jersey Medical School的田斌研究组在Molecular Cell发表了题为The mRNA export receptor NXF1 coordinates transcriptional dynamics, alternative polyadenylation and mRNA export的研究论文，报道了mRNA出核因子调控可变加尾的重要功能和普遍规律，并揭示mRNA出核受体NXF1通过协同调控转录延伸、可变加尾和mRNA出核转运过程，在基因表达过程中起中心枢纽作用。
程红研究组长期从事RNA转运与降解的功能机制研究，并于近几年在新生转录本出核或降解的命运决定研究中取得了一系列进展【13-16】。基于mRNA出核接头蛋白ALYREF结合在mRNA 3'区域的发现【13】，推测mRNA出核因子可能参与调控可变加尾。在本工作中，研究人员利用3'端测序技术，发现敲低mRNA出核受体NXF1或mRNA出核复合体TREX组分（包括ALYREF）皆引起广泛的近端PAS的优先使用，产生具有短3'非翻译区的mRNA异构体，其中NXF1的作用最为明显。研究人员通过系统分析3'端测序数据，发现了两种全新影响可变加尾的基因特征：基因长度及3'外显子的AT丰度。
进一步机制探索发现，NXF1虽然与在可变加尾调控中占重要地位的3'加工因子CFI-68具有直接相互作用【7，17】，但它调控可变加尾的机制和CFI-68并不相同。NXF1通过结合在活跃转录的基因上并与RNA聚合酶II互作，显著促进其在基因3'端的延伸，这与其辅助远端PAS使用的功能高度吻合。有趣的是，在成熟mRNA上，NXF1通过与CFI互作结合富含UGUA元件的具有长3'非翻译区的异构体，并促进其出核转运。
该研究不仅表明mRNA出核转运可逆向调控可变加尾过程，更首次揭示出核受体NXF1协同调控转录延伸、可变加尾及mRNA出核转运的关联性功能模式，在基因表达过程中起中心枢纽作用。同时此工作提示，RNA出核转运不仅受转录和加工等基因表达通路上游步骤的影响，还可依赖出核因子与转录和RNA加工机器的相互作用逆向调控上游步骤，这种逆调控可能对遗传信息的精准传递十分关键。
据悉，程红研究组的博士生陈素丽和张衡及田斌研究组的博士后王睿甲和郑定海为本文的共同第一作者，程红研究员和田斌教授为本文的共同通讯作者。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.01.026
参考文献
1. Shi, Y. and J.L. Manley, The end of the message: multiple protein-RNA interactions define the mRNA polyadenylation site. Genes Dev., 2015. 29: p. 889-897.
2. Tian, B. and J.L. Manley, Alternative polyadenylation of mRNA precursors. Nat Rev Mol Cell Biol, 2017. 18(1): p. 18-30.
3. Mayr, C., Evolution and Biological Roles of Alternative 3'UTRs. Trends Cell Biol, 2016. 26(3): p. 227-237.
4. Li, W., et al., Systematic profiling of poly(A)+ transcripts modulated by core 3' end processing and splicing factors reveals regulatory rules of alternative cleavage and polyadenylation. PLoS Genet, 2015. 11(4): p. e1005166.
5. Martin, G., et al., Genome-wide analysis of pre-mRNA 3' end processing reveals a decisive role of human cleavage factor I in the regulation of 3' UTR length. Cell Rep, 2012. 1(6): p. 753-63.
6. Masamha, C.P., et al., CFIm25 links alternative polyadenylation to glioblastoma tumour suppression. Nature, 2014. 510(7505): p. 412-6.
7. Zhu, Y., et al., Molecular Mechanisms for CFIm-Mediated Regulation of mRNA Alternative Polyadenylation. Mol Cell, 2018. 69(1): p. 62-74 e4.
8. Ji, Z., et al., Transcriptional activity regulates alternative cleavage and polyadenylation. Mol Syst Biol, 2011. 7: p. 534.
9. Liu, X., et al., Transcription elongation rate has a tissue-specific impact on alternative cleavage and polyadenylation in Drosophila melanogaster. RNA, 2017. 23(12): p. 1807-1816.
10. Nagaike, T., et al., Transcriptional activators enhance polyadenylation of mRNA precursors. Mol Cell, 2011. 41(4): p. 409-18.
11. Djebali, S., Davis, C.A., Merkel, A., Dobin, A., Lassmann, T., Mortazavi, A., Tanzer, A., Lagarde, J., Lin, W., Schlesinger, F., et al.(2012). Landscape of transcription in human cells. Nature. 489, 101-108.
12. Neve, J., Burger, K., Li, W., Hoque, M., Patel, R., Tian, B., Gullerova, M., and Furger, A. (2016). Subcellular RNA profiling links splicing and nuclear DICER1 to alternative cleavage and polyadenylation. Genome Res. 26, 24-35.
13. Shi, M., et al., ALYREF mainly binds to the 5' and the 3' regions of the mRNA in vivo. Nucleic Acids Res, 2017. 45(16): p. 9640-9653.
14. Fan, J., et al., mRNAs are sorted for export or degradation before passing through nuclear speckles. Nucleic Acids Res, 2018. 46(16): p. 8404-8416.
15. Fan, J., et al., Exosome cofactor hMTR4 competes with export adaptor ALYREF to ensure balanced nuclear RNA pools for degradation and export. EMBO J, 2017. 36(19): p. 2870-2886.
16. Wang, K., et al., Intronless mRNAs transit through nuclear speckles to gain export competence. J Cell Biol, 2018. 217(11): p. 3912-3929.
17. Ruepp, M.D., et al., Mammalian pre-mRNA 3' end processing factor CF I m 68 functions in mRNA export. Mol Biol Cell, 2009. 20(24): p. 5211-23.
首页
