tRF&tiRNA：为什么以及如何研究它们？（二）

 
人类疾病

tRFs&tiRNAs与多种病理状况相关，甚至是致病因素，例如，癌症、神经退行性疾病、遗传性代谢疾病等 (图5)。

 
图 5.  tRFs&tiRNAs 分子功能和人类疾病。

癌症

tRFs&tiRNAs在多种癌细胞系中差异表达，例如前列腺癌细胞系LNCaP和C4-2等。tRFs&tiRNAs在应激条件下表达水平升高，尤其是在缺氧等氧化应激条件下¹³。此外，一种在B细胞淋巴癌细胞系中发现的tRF-3具有前导RNA的功能特性，以miRNA的方式抑制细胞增殖，调控DNA损伤应答 ¹⁴。通过竞争YBX1结合位点、降低肿瘤基因转录产物稳定性，tRFs&tiRNAs可作为肿瘤抑制物 ¹¹ (图. 3)。一种来自tRNA-Ser前体的tRF-1 (tRF-1001) 在多种癌细胞系中高表达，并且是前列腺癌细胞增殖所必须的 ¹⁵。ANG产生的tiRNAs促进SGs的组装，帮助细胞在不利条件下存活，据推测，ANG诱导的tiRNAs直接贡献于ANG介导的血管生成和癌细胞增殖。类似的，tiRNAs能够结合细胞色素C，并帮助癌细胞逃避细胞调亡 ⁶。综上所述，这些重要发现强烈预示了tRFs&tiRNAs在肿瘤发生过程中的关键作用。

获得性代谢疾病

不断增长的证据表明，子代的代谢疾病可源自亲本的饮食习惯。在一个父本高脂饮食 (HFD) 小鼠模型中的研究显示，精子中存在一类主要来自tRNA 5’端、长度在30-34nt的tRFs&tiRNAs，在高脂饮食条件下表现出差异表达和RNA修饰变化。将HFD小鼠精子中的tRFs&tiRNAs组分注射到正常受精卵中，可引起F1小鼠的代谢疾病，改变早期胚胎和胰岛细胞代谢通路基因表达谱，并且独立于CpG富集区DNA甲基化机制。因此，精子tRFs&tiRNAs代表着一类亲本的表观遗传因子，介导饮食诱导的代谢疾病向子代遗传 ⁸ (图. 6)。

限制小鼠饮食蛋白水平能够改变小鼠成熟精子中小RNA含量，let-7表达降低，而Glycine tRNA 来源的5’ 端tRFs&tiRNAs表达量升高。tRFs&tiRNAs被认为在着床前胚胎转录组表达调控中起着内 源逆转录驱动作用⁹。
          
图 6. 高脂饮食 (HFD) 小鼠精子中tRNA 来源的小RNA (tsRNAs，主要是tRNA halves) 具有变化的表达谱和RNA修饰。通过受精卵注射技术，tRFs&tiRNAs赋予了子代代谢疾病表型。这些表观遗传因子通过改变从胚胎到成年的基因级联转录过程来介导亲本到子代的遗传过程 ⁸。

神经性病变

许多神经性病变是由tRNA代谢或tRNA加工酶缺陷造成的。一种RNA酶活性降低的ANG突变体与致死性神经退行性病变Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) 的病理过程相关联 ¹⁶。一类ALS相关的ANG突变体同时还在Parkinson’s Disease (PD)病人中发现 ¹⁷。随着研究的不断深入，ANG诱导的tRNA halves与细胞应激反应、神经发育疾病之间的联系得到进一步加强 ¹⁸。CLP1 RNA激酶活性丧失，导致一种异常加工的酪氨酸tRNA前体来源的小RNA片段的积累，进而敏化细胞氧化应激诱导的p53激活和p53介导的神经细胞死亡，诱发运动神经元丢失，肌肉去神经化以及呼吸衰竭 ⁷。另外一个案例是，5-胞嘧啶甲基转移酶NSun2的突变引起的头小畸形 (microcephaly)和其他神经性异常。在NSun2缺失突变体大脑皮层、海马和纹状体神经元中，tRNA 胞嘧啶5位甲基化的缺失，增强ANG对tRNA的结合和剪切，导致5’-halves的积累，进而降低蛋白翻译速率，激活应激通路，减小细胞体积，促进细胞凋亡¹⁹。