研究人员最近创造了一种新颖的方法来识别与小核仁RNA（snoRNA）相关的细胞RNA靶标。这项工作导致了在人类细胞和小鼠大脑组织中发现数千个新的snoRNA靶标，其中许多执行的角色超越了仅仅指导rRNA的修饰。
DNA和RNA的动态和可逆修饰在调节基因表达和转录中发挥着关键作用，这可以影响细胞活动、疾病进程和整体健康。小核仁RNA（snoRNA）是一类重要但常常被忽视的指导RNA分子，像剧院引导员帮助观众找到座位一样，它们指导细胞核糖体RNA（rRNA）靶标的化学修饰。
来自芝加哥大学的研究人员在识别与snoRNA相关的新RNA靶标方面取得了进展。他们的工作揭示了在人类细胞和小鼠大脑组织中发现的数千个以前未识别的snoRNA靶标，其中许多涉及的功能超过了指导rRNA修饰的通常角色。值得注意的是，一些与信使RNA（mRNA）的相互作用对蛋白质分泌至关重要，这一重要的细胞过程可能对治疗和生物技术有影响。
“如此广泛的snoRNA靶标的发现表明我们还有很多需要学习的地方，”芝加哥大学化学系约翰·T·威尔逊杰出服务教授、 biochemistry and molecular biology教授蔡全博士说，他是该论文的共同作者。“我们的初步发现表明它们参与蛋白质分泌，这对生理有重大意义，并暗示进一步探究其他snoRNA的路径。”
题为“snoRNA促进的蛋白质分泌：通过转录组广泛的snoRNA靶标识别揭示”的研究文章于2024年11月发表在期刊Cell上。
蛋白质分泌的分子胶水
人类基因组中有超过1000个编码snoRNA的基因，但科学家仅识别出约300个这些基因的RNA靶标。已知的靶标主要与指导与mRNA剪接相关的核糖体RNA和小核RNA的修饰有关。自从首次发现snoRNA以来，研究人员在很大程度上忽视了剩余的700个，期望它们具有类似的功能。然而，snoRNA在长度上差异显著，从50到250个残基，表明它们可能具有多重角色。
在过去12年中，蔡博士的实验室开发了多种生化和测序方法来探索转录、DNA修饰和RNA修饰。最新的研究涉及他与共同高级作者潘涛博士（生物化学与分子生物学教授）的合作，测试一种称为“snoKARR-seq”的新技术，该技术将snoRNA与其靶向结合的RNA联系起来。该项目由贝·刘博士领导，她是一名蔡博士和潘博士的共同指导的博士后学者。
“蔡博士的实验室创造了这项卓越的技术，以检查每个snoRNA在转录组水平上与哪些RNA相互作用，”潘博士说。“这为全面了解这1000个人类基因编码snoRNA的功能打开了广阔的机会。”
大多数新识别的snoRNA靶标与已知的RNA修饰位点没有重叠，这表明snoRNA可能在细胞内执行更广泛的功能。一项令人惊讶的发现是，一个名为SNORA73的snoRNA与编码分泌蛋白和细胞膜蛋白的mRNA之间的相互作用。蛋白质分泌是涉及将蛋白质从细胞运输到细胞外空间的基本生物过程，对许多功能至关重要，包括细胞通信、免疫反应和消化。研究人员观察到SNORA73充当“分子胶水”，将mRNA与蛋白质合成机制连接，以促进这一过程。
进一步调查SNORA73如何与mRNA结合表明，可以设计合成snoRNA序列来影响蛋白质分泌。为了测试这一想法，研究人员修改了一种绿色荧光蛋白（GFP）报告基因，使其与SNORA73相关联。GFP通常用于细胞在某些条件下发光，使科学家能够观察实验效果。当研究人员引入与用于分泌设计的工程GFP的SNORA73时，蛋白质分泌增加了30%到50%，相较于对照组。
这些实验展示了snoRNA机制如何被操控以增强特定蛋白质的分泌，这可能对治疗开发有益。例如，在某些人类疾病与缺乏分泌蛋白有关的情况下，生物工程师可以利用该系统引入人工snoRNA以促进该蛋白的分泌。
‘这个领域的潜力巨大’
尽管合成和输送snoRNA到特定位置的技术尚未完全成熟，但蔡博士和潘博士乐观地认为这些挑战可以解决，并基于其他RNA技术的早期进展。他们还建议，由于snoRNA特定于不同的细胞类型，它们的功能和治疗应用可能比当前意识到的要广泛得多。
“考虑神经细胞、干细胞或癌细胞；有这么多细胞类型可以检查。我相信这个领域有巨大的潜力，”蔡博士表示。“我和潘博士合作超过15年，展示了芝加哥大学生物科学学院与物理科学学院之间的合作精神。这篇论文 exemplifies how such collaboration can pave the way for entirely new areas in biology.”
该研究的其他作者包括来自芝加哥大学的吴通、米奥、季飞、刘顺、王平峦、赵宇涛、钟宇昊、阿伦库马尔·孙达拉姆、曾铁博、玛尔塔·马依切尔斯卡-阿格拉瓦尔和罗伯特·J·基南。
