【学术前沿】欧光朔课题组揭示RNA编辑影响蛋白激酶活性的普适性机制

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蛋白激酶是信号传导的关键蛋白，蛋白激酶活性异常是癌症、代谢综合症和发育缺陷的重要致病原因之一。蛋白激酶活性处于严格控制之中，蛋白激酶的失活已被广泛研究，蛋白激酶抑制剂已是多种癌症的标准治疗一线药物。而过度活跃的蛋白激酶突变可造成多类疾病，如慢性粒细胞白血病和恶性淋巴瘤等。在治疗中，蛋白激酶抑制剂治疗在一段时间后会出现肿瘤耐药，肿瘤细胞出现新的突变，绕过药物控制，重新增殖。虽然蛋白激酶的研究已开展多年，探索蛋白激酶活性新的调控机制仍然非常需要。

清华大学生命科学院欧光朔课题组在Science发表了最新研究成果，题为：RNA editing restricts hyperactive ciliary kinases。论文揭示蛋白激酶过激突变可引起异常反义RNA转录，这些反义RNA和蛋白激酶自身mRNA配对形成双链RNA。双链RNA招募ADR-2进行RNA编辑，进而形成剪接缺陷并激活其无义降解。这项研究展示了一种新的蛋白激酶活性调节方式：RNA编辑可影响蛋白激酶活性。而RNA编辑同样限制其他纤毛激酶，提示该机制具有普适性。

纤毛是广泛存在于真核细胞表面的细胞器。纤毛驱动细胞运动并参与细胞对外界信号的感知，其结构和功能的异常导致35种多系统纤毛疾病。纤毛激酶DYF-5的人类同源基因MAK突变导致色素性视网膜炎（Retinitis Pigmentosa）。DYF-5位于纤毛（Ciliary）的顶端，控制纤毛的延长。在研究中，课题组构建了cDYF-5的一个持续激活突变（T164E）。在体外实验中，DYF-5T164E（DYF-5CA）蛋白可磷酸化底物细胞纤毛运输蛋白IFT-74。利用基因组编辑方法制备了DYF-5激酶组成型活化形式的线虫品系（DYF-5CA），意外发现该线虫的嗅觉纤毛产生了与DYF-5激酶缺失相同的表型。纤毛无法正常摄入荧光染料，显示纤毛功能丧失。

课题组在dyf-5CA突变体开展了抑制子遗传筛选，鉴定到细胞核内负责RNA编辑的腺苷脱氨酶ADR-2突变可以挽救DYF-5CA的纤毛异常。ADR-2催化双链RNA的腺苷酸（A）脱氨反应，形成肌苷（I）。adr-2突变造成脱氨酶活性完全丧失，回复dyf-5CA突变的表型。

测序和生信分析发现编码DYF-5CA的pre-mRNA上发生了大量的异常A-to-G的编辑。这些新的编辑位点集中于dyf-5基因第六外显子到第七内含子区间。将第六和第七内含子区域（含130个编辑位点）删除，或者将该内含子区域所有被编辑的A替换成T，均可拯救纤毛缺陷。ADR-2的催化底物为双链RNA。测序发现dyf-5CA有大量反义RNA转录本产生，从而与mRNA配对形成双链，诱导A-to-G编辑。对dyf-5CA mRNA的编辑导致RNA剪切异常，DYF-5CA的蛋白翻译被阻断。

通过筛选，他们还发现另外两种纤毛激酶NEKL-4/NEK10 (never inmitosis kinase like) 和DYF-18/CCRK (ortholog of human cyclin-dependent kinase 20)的过表达可造成纤毛功能缺陷。adr-2突变同样可阻断过表达的表型，提示RNA编辑和纤毛表型相关联。

这项工作表明激酶活性的信息被负反馈到激酶自身的RNA，通过编辑抑制其翻译，从而限制激酶活性。蛋白质活性在基因转录水平上调控蛋白的生成广为人知，但是蛋白质活性在转录后水平上通过RNA编辑限制该蛋白的翻译则鲜有报道；这项工作丰富了我们对病理状态下遗传信息传递的认识。

纤毛疾病相关蛋白不是理想的药物靶标，纤毛疾病的临床治疗一直是相关领域的难点和痛点。这项工作表明纤毛激酶异常导致的纤毛缺陷可以通过抑制细胞核内的腺苷脱氨酶进行挽救，提示了纤毛疾病“纤毛外”干预的新思路。近年来人类基因组的外显子测序鉴定到大量与遗传疾病相关的变异，将这类突变引入模式动物，开展遗传抑制子筛选，有望开发遗传疾病治疗的新策略。

论文的第一作者为清华大学博士后李冬冬，通讯作者是欧光朔教授。斯坦福大学李进教授和清华大学张强锋教授对本课题提供了建议和帮助。

原文链接：

http://doi.org/10.1126/science.abd8971

来源：BioArt

网站：www.cscb.org.cn

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