TERRA lncRNA通过形成R-loop结构定位到端粒

来源：BioArt

端粒是广泛存在于真核生物染色体末端的特殊结构，由重复的非编码核苷酸及蛋白组成。它的主要作用是保持染色体的完整性和控制细胞周期，与衰老和肿瘤的发生密切相关【1】。研究表明，端粒区域具有转录活性，可产生一类称为TERRA (telomeric repeat-containing RNA)的长链非编码RNA (long noncoding RNA)【2-3】。TERRA可通过端粒酶和同源性DNA修复过程参与端粒染色体结构和端粒长度的调节，并且TERRA的表达水平与疾病和衰老相关【4-8】。因此，TERRA正成为端粒相关研究的重点和热点。然而，目前尚不清楚TERRA是如何定位到端粒的。

近日，来自瑞士洛桑联邦理工学院的Joachim Lingner教授在Nature发表题为 “RAD51-dependent recruitment of TERRA lncRNA to telomeres through R-loops”的研究，首次揭示了TERRA通过RAD51的作用在端粒区域形成R-LOOP结构，并定位到端粒的机制。该研究提供了一种新的关于lncRNA定位的反式作用(in trans)方式。

为研究TERRA是如何被招募或滞留在端粒的，研究者将不同的端粒序列连到PP7-GFP报告系统中，并通过免疫荧光检测这些序列定位到端粒区的效率。当加入TERRA的重复序列UUAGGG时，PP7-GFP能够定位到端粒区域（图1），这说明UUAGGG重复对TERRA的端粒定位非常重要。

图1

接下来，研究者利用siRNA文库的方法筛选调控TERRA定位的蛋白，并发现敲低RNaseH1可以显著增加TERRA在端粒的定位，这提示TERRA可能通过形成R-loop定位在端粒。R-loop是一种特殊的染色体结构，由一条RNA:DNA杂合链和一条单链DNA组成。RNaseH1可以特异性降解R-loop结构中的RNA，破坏R-loop结构。

那么，TERRA是如何与端粒区DNA形成R-loop结构的呢？在siRNA文库筛选中，研究者发现敲低RAD51导致TERRA在端粒的定位减少。RAD51是DNA同源重组修复的重要蛋白，能与断裂的单链DNA结合，并识别与受损DNA序列相同的姐妹链，促进它们的重组交换。敲低RAD51也导致R-loop的降低，说明RAD51通过促进R-loop的产生，将TERRA定位到端粒区。

总的来说，该研究发现TERRA通过重复序列UUAGGG以链入侵的方式定位到端粒区。TERRA由重组酶RAD51介导的端粒定位可能与其发挥维持端粒长度的功能相关。此外，值得注意的是，人类基因组产生大量的lncRNA，它们大部分定位在细胞核中，且更倾向于结合染色质。目前关于lncRNA的染色质定位的机制研究较少，有研究发现U1 snRNP可通过与磷酸化的POL II互作来介导lncRNA的染色质滞留（详见BioArt报道：Nature | 沈晓骅团队发现U1 snRNP调控非编码RNA结合染色质的新机制）。该研究则发现lncRNA可通过形成R-loop定位到特定的染色质区域。更有趣的是，通常认为R-loop是共转录发生的，即新生RNA未及时从模板DNA链上解离从而形成R-loop结构；而该研究则发现TERRA从质粒上转录出来后，仍然可以定位到染色体末端的端粒区，说明R-loop也可以由反式作用(in trans)方式发生。