程红组近期4篇研究论文阐述新生RNA出核和降解的命运决定与调控
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遗传信息表达是所有生命的物质基础。一般而言，遗传信息需要从基因组DNA转录生成mRNA，进而翻译为蛋白质发挥生物学功能。多数情况下，新生转录本在细胞核内经过一系列复杂加工后成为成熟mRNA被转运出核，但也有部分转录本被快速降解。mRNA的高效出核转运与严格质量控制是遗传信息精准传递的重要保证，这些过程的异常与神经退行性疾病等重大疾病的发生发展密切相关。
程红博士现任中科院上海生科院生物化学与细胞生物学研究所研究员，自回国建独立实验室以来，重点围绕基因表达领域的关键科学问题“新生RNA出核和降解的命运决定与调控”，系统性地开展了mRNA出核与加工的复杂关联、RNA的质量控制和核内降解及其调控两个方向的研究工作，获得了一系列前沿性进展。在2019年，程红课题组已在Mol Cell、Genes Dev、EMBO J和PNAS 杂志上先后发表了4篇研究论文。
在mRNA出核与加工的关联方面，已有研究多数集中在pre-mRNA加工如何影响mRNA出核转运方面。程红课题组基于前期mRNA出核接头蛋白ALYREF结合在mRNA 3'区域的发现【1】，推测mRNA出核因子可能参与调控可变加尾。程红组与田斌研究组合作，于2月25日在Mol Cell上发表了题为 The mRNA export receptor NXF1 coordinates transcriptional dynamics, alternative polyadenylation, and mRNA export 的研究论文，发现了出核受体NXF1协同调控mRNA转录延伸、可变加尾和出核转运的关联性功能模式，揭示了其在基因表达网络中的中心枢纽作用【2】（详见BioArt报道：Mol Cell | 程红/田斌组合作揭示mRNA出核因子调控可变加尾的重要功能与普遍规律）。
与绝大多数mRNA不同，编码组蛋白的mRNA（histone mRNA）3'端并没有polyA尾。3月11日，程红课题组在EMBO J在线发表了题为 ALYREF links 3'-end processing to nuclear export of non-polyadenylated mRNAs 的研究论文，揭示了ALYREF协同调控histone mRNA加工和出核的功能机制，推进了对组蛋白基因表达调控的理解【3】。重要的是，该研究成果与程红课题组近期发表的研究论文【2】，共同揭示了RNA出核转运不仅受转录、加工等基因表达通路上游步骤的影响，还可利用出核因子与转录和RNA加工机器的相互作用，反向调控上游步骤，这种反向调控可能对遗传信息的精准传递十分关键。
为确保基因表达高效、准确地完成，细胞需要协调pre-mRNA加工和mRNA出核转运之间的平衡。3月28日，程红课题组在Proc Natl Acad Sci USA 上发表了题为：A U2-snRNP-independent role of SF3b in promoting mRNA export 的研究论文，揭示了核心pre-mRNA加工因子SF3b促进mRNA出核的全新功能，阐释了SF3b对mRNA加工与出核之间平衡的协调功能与机制。
在RNA出核或降解的分选方面，基于前期分选机制和时空特性的发现【4-6】，探索了新生转录本分选的调控方式。程红课题组与云彩红、李劲松和周宇课题组合作发现并阐释了负调控因子NRDE2抑制exosome复合体的多层次功能机制，提供了一种RNA出核和降解的重要调控模式【7】。此研究成果于03月07日以NRDE2 negatively regulates exosome functions by inhibiting MTR4 recruitment and exosome interaction 为题，在线发表在Genes Dev上。
综上所述，程红研究组就“新生RNA出核和降解的命运决定与调控”这一关键科学问题进行了系统深入研究，揭示了RNA转运与降解的全新调控模式与机制，加深与拓展了对遗传信息高效、精准传递的理解，还可能为相关疾病的诊治提供新的线索和策略。
这些工作同时也得到了北京大学医学部黄超兰教授、生化与细胞所黄晶研究员、李党生研究员和黄旲研究员、中科院大连化物所李国辉研究员以及中科院上海营养与健康研究院金颖研究员的大力支持。
相关文章链接
2019年Mol Cell文章揭示出核受体NXF1协同调控转录延伸、可变加尾及出核的新机制
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276519300462?via%3Dihub
2019年Genes Dev文章首次发现RNA外切复合体“刹车”蛋白
http://genesdev.cshlp.org/content/early/2019/03/04/gad.322602.118
2019年EMBO J文章解析出核接头蛋白ALYREF协调polyA- mRNA加工与出核的功能机制
http://emboj.embopress.org/content/early/2019/03/11/embj.201899910.long
2019年PNAS文章揭示剪接因子SF3b对mRNA加工与出核之间平衡的协调机制
https://www.pnas.org/content/early/2019/03/27/1818835116
制版人：珂
参考文献
1. 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.
2. Chen, S., et al., The mRNA Export Receptor NXF1 Coordinates Transcriptional Dynamics, Alternative Polyadenylation, and mRNA Export. Mol Cell, 2019.
3. Fan, J., et al., ALYREF links 3'-end processing to nuclear export of non-polyadenylated mRNAs. EMBO J, 2019.
4. 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.
5. 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.
6. Wang, K., et al., Intronless mRNAs transit through nuclear speckles to gain export competence. J Cell Biol, 2018. 217(11): p. 3912-3929.
7. Wang, J., et al., NRDE2 negatively regulates exosome functions by inhibiting MTR4 recruitment and exosome interaction. Genes Dev, 2019.
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