Neuron 丨又一证据，mRNA发挥着非编码RNA的功能
撰文 | 亦初
责编丨迦溆
神经生长因子（nerve growth factor ，NGF ）是一种含有118个氨基酸的糖蛋白，由交感神经元和感觉神经元的靶组织产生，是典型的靶源性神经营养因子。NGF 产生后会在神经元轴突突触部位与其受体酪氨酸激酶TrkA结合，内吞后通过神经元的轴突逆行运输至胞体，激活了下游的PI3K、Erk 等信号通路（图1）[1]，是神经元存活和维持所必需的营养因子。
图1 交感神经NGF的信号通路
神经元由胞体和突起两部分组成，是神经系统结构和功能的基本单位。突起又可分为树突和轴突，树突的生长、分支及突触的形成加上轴突生长锥的迁移、扩展和再生，这些功能的维持需要合成大量的蛋白质。mRNA在神经元中的分布是不对称的，转录后可分别运往轴突和树突（图2）[2]；这样当接收到如神经营养因子、突触活动和损伤等时外界信号时蛋白便能快速的表达。有意思的是，RNA-seq分析表明轴突或树突均有数千种RNA转录本，这些转录本如何调控轴突的生长还不清楚。
图 2 RNA的不对称分布及转运
近日，来自英国伦敦大学学院分子细胞生物学系的Antonella Riccio团队和美国约翰斯·霍普金斯大学生物系的Rejji Kuruvilla团队在Neuron发表了题为Regulation of NGF signalling by an axonal untranslated mRNA 的研究论文，发现虽然Tp53inp2是交感神经元轴突中表达丰度最高几条的mRNA，但却没有相应蛋白的表达，以非编码RNA的形式来调控交感神经元的存活和轴突的生长；进一步的机制研究表明Tp53inp2能与NGF受体的TrkA相互作用，促进NGF受体TrkA的内吞，从而增强了NGF-TrkA信号转导通路的活性。
我们知道转录本会沿着外周神经元的轴突运送到生长锥，它们通过蛋白的快速翻译来应答胞外信号的刺激。该课题组前期分离出交感神经的轴突（对神经生长因子敏感的交感神经元放置在使细胞体与其轴突分离的分隔的小室中培养，即把神经元放入中央的隔离室，在侧室加入神经生长因子后便可生长出的轴突，图3），用3’end RNA-Seq发现mRNA Tp53inp2是丰度最高的几条RNA，它的3’UTR特别长（>3000 nt，ORF 仅有600 nt）。有意思的是，在PC12细胞（来源大鼠肾上腺髓质嗜铬细胞瘤,广泛用于神经系统疾病的体外研究。膜上有NGF受体，受生理水平NGF诱导后，它们停止分裂，长出神经突起，分化为具有交感神经元特性的细胞）模型检测不到Tp53inp2蛋白的表达。研究人员只把Tp53inp2的CDS克隆到载体里，能检测到Tp53inp2蛋白的表达；为了回答交感神经轴突Tp53inp2的3’UTR对蛋白翻译是否有抑制作用，研究人员构建了Tp53inp2不同长度的3’UTR 跟GFP的CDS融合在一起的克隆，发现GFP蛋白的表达量随着Tp53inp2 3’UTR长度的增加而减少；在能表达Tp53inp2蛋白的Hela细胞里也发现它的3’UTR比较短，说明在长的3’UTR中含有翻译抑制的motif。
图3 分离轴突的培养小室
mRNAs可以发挥非编码RNA的功能，如海马神经元Ube3a （泛素蛋白连接酶E3A，UBE3A蛋白表达量的缺乏会导致天使综合征） 的另一个转录本Ube3a1可竞争性结合miR-134[3]，该mRNA以非编码RNA的形式调控突触的可塑性。在肿瘤细胞系中，CD47的长3’UTR可作为RNA结合蛋白（RBPs）的支架，调控CD47蛋白的膜定位[4]。 NGF信号通路对交感神经轴突的生长具有重要的调控作用，研究人员猜想Tp53inp2能否以非编码RNA的形式来调控该信号通路呢？ 研究发现交感神经的NGF的受体TrkA能与Tp53inp2互作，调节着TrkA的内吞和NGF信号通路的转导。敲除Tp53inp2后会抑制轴突的生长和神经细胞的存活，该表型能被没表达蛋白功能的Tp53inp2转录本回补。进一步研究发现Tp53inp2的转录对交感神经与靶细胞神经支配的建立也有至关重要作用（图4）。
图4 Tp53inp2的作用模式
总而言之，肿瘤蛋白p53诱导的核蛋白2(Tp53inp2)在在骨骼肌、心肌和脑等代谢旺盛的组织中表达水平较高，在RNA或自噬起着重要的调控作用；有意思的是定位与交感神经轴突的Tp53inp2虽然转录本丰度很高，但却没有蛋白的翻译，而是以非编码RNA的作用形式来增强NGF-TrkA信号转导，从而调控了轴突的生长。这为mRNA能起非编码功能提供了又一个案例，提示RNA的编码和非编码其实没有严格的界限，进一步丰富了RNA的生物学功能。
原文链接：
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(19)30120-5
参考文献
1. Harrington AW, Ginty DD: Long-Distance Retrograde Neurotrophic Factor Signalling in Neurons. NAT REV NEUROSCI 2013, 14,177-187.
2. Riccio A: RNA Targeting and Translation in Axons. SCIENCE 2018, 359,1331-1332.
3. Valluy J, Bicker S, Aksoy-Aksel A, Lackinger M, Sumer S, Fiore R, Wust T, Seffer D, Metge F, Dieterich C et al: A Coding-Independent Function of an Alternative Ube3a Transcript During Neuronal Development. NAT NEUROSCI 2015, 18,666-673.
4. Berkovits BD, Mayr C: Alternative 3' UTRs Act as Scaffolds to Regulate Membrane Protein Localization. NATURE 2015, 522,363-367.
制版人：半夏
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