继Nature封面，付向东等团队发现了线粒体存在RNA干扰学术资讯

来源：iNature

RNA干扰（RNAi）被认为是大多数真核细胞中存在的一种基因沉默途径，可以保护基因组免受逆转座作用。小型干扰RNA（siRNA）也已成为研究基因功能的强大工具。鉴于内共生假说线粒体起源于原核生物，线粒体通常被认为缺乏RNAi。但是，某些细菌具有Argonaute同源物，各种报道表明线粒体中存在特定的microRNA和核基因组（nDNA）编码的Ago2。2020年8月17日，加州大学圣地亚哥分校付向东及中国科学院生物物理研究所张晓荣共同通讯在Cell Research在线发表题为“Active RNA interference in mitochondria”的研究论文，该研究报道转染的siRNA不仅能够进入线粒体基质，而且还可以在那里特异性沉默靶向的线粒体转录本。mitoRNAi的作用在mRNA水平很容易检测到，但仅在相对不稳定的蛋白质（例如mtDNA编码的复合物IV亚基）上才可发现。该研究还应用mitoRNAi直接确定单个呼吸链复合物之间的假定串扰，结果表明以前在患者来源的细胞中进行的有争议的观察可能是由于不同细胞系的适应性差异引起的。该研究结果的发现带来了研究线粒体生物学的新工具。2020年6月24日，加州大学圣地亚哥分校付向东团队在Nature 发表题为“Reversing a model of Parkinson’s disease with in situconverted nigral neurons”的研究论文，该研究发现在星形胶质细胞中敲降RNA结合蛋白PTB可将其直接转分化为功能性的神经元；这种仅需一步的转分化技术可在帕金森病小鼠模型中诱导产生新的多巴胺功能性神经元、重建受损的神经环路、恢复纹状体内多巴胺水平，并有效治疗帕金森综合征相关的运动障碍；更重要的是，使用抑制PTB的反义寡核苷酸（antisenseoligonucleotides, ASO）也能达到类似治疗效果。这项研究为帕金森病及其他神经退行性疾病提供了极具前景的治疗策略和方法，并获得了神经科学领域的广泛关注。该研究被选为Nature 的封面文章(点击阅读)。

包括小干扰RNA（siRNA），微小RNA（miRNA）和piRNA在内的小RNA在调节真核细胞中的基因表达中起关键作用。RNA干扰（RNAi）途径已在大多数真核细胞中得到很好的阐明。甚至更低的真核生物（例如各种酵母）也具有活性RNAi，尽管某些酵母物种（例如出芽酵母，已经丧失了这种能力，可以通过在RNAi途径中重新表达特定的酶来恢复这种能力）。
RNAi已被利用来研究各种生物学背景下的基因功能。然而，有趣的是，到目前为止，还不清楚RNAi样机制是否可以在线粒体中起作用，而线粒体被认为是由寄生细菌引起的。难题在于，已知某些细菌具有Argonaute的同源物，即Argonaute。RNA诱导沉默复合物（RISC）中的关键酶负责在高等真核细胞中靶向RNA降解，先前研究发现特定的miRNA不仅在线粒体可检测到，而且在线粒体中也有功能。miRNA和siRNA的加工和功能基本上使用相同的机制，问题是RNAi样机制是否也可以在线粒体中起作用，不是很清楚。
线粒体是真核细胞中的内共生细胞器，可作为通过氧化磷酸化（OXPHOS）产生ATP的强大动力。有趣的是，线粒体基因组在进化过程中变化最小。例如，人类线粒体基因组的长度仅约16kb，编码2个必需的rRNA和最少的22个tRNA进行翻译，以及13个多肽，所有这些都是膜蛋白，是呼吸链复合体的一部分。基本上，线粒体中的所有生化活动都需要核基因组（nDNA）编码的蛋白质。
尽管许多nDNA编码的蛋白质携带进入线粒体的特定信号序列，但其中至少30％缺乏此类信号，以及某些RNA是否可以进入线粒体是一个开放的，值得商榷的问题。许多低等真核生物显然需要导入tRNA来进行线粒体翻译，因为有些mtDNA甚至不编码任何tRNA。

通过核酸酶保护，体外RNA导入和ClickIn分析检测线粒体中的小RNA（图源自Cell Research ）

在这项研究中，试图系统地研究siRNA和小发夹RNA（shRNA）是否能够靶向mtDNA编码的转录本。有趣的是，该研究发现虽然随机设计的siRNA并不总是显示出预期的效果，但根据映射的argonaute 2（Ago2）结合峰设计的siRNA都能够以Ago2依赖性的方式特异性靶向预期的mtDNA编码的转录本。
进一步表明，大多数线粒体蛋白都非常稳定，从而阻止了在蛋白水平上检测到预期的RNAi效应，这可能解释迄今为止缺乏关于活性mitoRNAi的报道。该研究举例说明了这种新近建立的siRNA工具用于解决线粒体生物学中一些关键问题的方法，线粒体生物学一直依赖于患者来源细胞的有限资源。活跃的mitoRNAi还可作为一种技术手段，用于未来线粒体中RNA导入机制的解剖。

参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41422-020-00394-5

来源：Plant_ihuman iNature

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3MTE3MjUyOA==&mid=2247513357&idx=2&sn=2a9e34d0c5a1a0bf890debfe7466bfac&chksm=fce6c6d2cb914fc43d15e62288e48dab13587abb7d18769aeb666605852370e2d38888ceb147#rd

电话：（010）86409582

邮箱：kejie@scimall.org.cn