Science：泛素蛋白酶体途径介导microRNA降解

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MicroRNA (miRNA) 是一类长度约22nt的小非编码RNA，它们通过碱基互补配对的形式与mRNA结合，并降解或抑制靶mRNA的翻译。相比仅有几小时生命的mRNA，miRNA则更稳定，能维持超过一天甚至有时超过一周的稳定【1-3】。通常认为miRNA超凡的稳定性是由它们结合的AGO蛋白维持的。AGO蛋白可保护miRNA免受核酸外切酶的水解【4】。

有趣的是，有一部分miRNA的半衰期很短，小于2-10小时。这部分miRNA与靶mRNA有非常高的互补匹配度，而不限于5’端的种子序列（seed sequence）。因此，这一现象被称为靶标指导的miRNA降解（target-directed miRNA degradation, TDMD）。然而，目前对TDMD的具体机制尚不清楚。

近日，来自德州大学西南医学中心的Joshua T. Mendell教授和霍华德·休斯医学研究所的David P. Bartel教授分别在Science发表研究 A ubiquitin ligase mediates target-directed microRNA decay independently of tailing and trimming 和The ZSWIM8 ubiquitin ligase mediates target-directed microRNA degradation，这两项研究同时揭示了ZSWIM8通过泛素-蛋白酶体途径降解miRNA的机制。

CYRANO是一个非常保守的长链非编码RNA (lncRNA) ，只包含一个miR-7的结合位点，但具有非常高的匹配度（图1）。miR-7结合CYRANO后会很快被降解，属于TDMD范畴。

图1

为研究TDMD的具体机制，研究者利用CYRANO设计了报告基因，通过CRISPR screening的方法筛选参与TDMD的基因。两项研究同时发现敲低ZSWIM8可以解除CYRANO触发的miR-7降解，即显著地提高miR-7的表达。那么，ZSWIM8是否广泛地参与TDMD过程呢？研究者发现敲低ZSWIM8能够显著提高一批miRNA的表达，说明ZSWIM8能够介导TDMD过程；同时，该结果也鉴定了新的受TDMD调控的miRNA。

ZSWIM8是cullin-RING泛素连接酶（CRL）复合体的结合蛋白，参与蛋白的泛素-蛋白酶体降解途径。研究者发现ZSWIM8可以结合AGO2，促进AGO2的降解。

前人研究表明，当miRNA与靶基因高度匹配时，AGO2的蛋白构象会发生改变，暴露miRNA的3’末端。在这两项研究中，研究者发现ZSWIM8可以结合构象改变的AGO2蛋白，这也是为什么只有当miRNA与特定靶基因匹配时，才会触发TDMD现象（图2）。

有趣的是，尽管TDMD现象已被发现了十多年，但以往的研究主要集中在miRNA的加尾和修剪（target-directed tailing and trimming, TDTT）中，而这两项研究从蛋白降解的角度揭示了miRNA降解的新机制。

总的来说，这两项研究通过高通量筛选的方法发现了ZSWIM8通过泛素-蛋白酶体途径降解AGO2蛋白和miRNA的机制，从新的角度揭示了TDMD现象的发生，具有重要意义。值得注意的是，ZSWIM8在线虫和果蝇中也有同源蛋白，提示ZSWIM8介导的TDMD在进化可能非常保守。同时，虽然TDMD被证明可以显著调控特定miRNA的表达，但是TDMD在发育和生理状态中的功能和意义一直未被阐明，这两项研究鉴定的ZSWIM8将提供特异性调控TDMD过程的工具。