可变多聚腺苷酸化在细胞核内的功能

Alternative polyadenylation (APA) is a widespread phenomenon. At least 70% genes in eukaryotic organisms could produce more than one transcript through APA. UTR-APA, the major form of APA, could produce multiple transcripts with different lengths of 3’UTRs, which will lead to altered mRNA stability, localization, translation efficiency and even the cytoplasm localization of the translated protein. However, recent studies show that large majority of the APA events are unlikely to function in previously known modes. Due to its pervasiveness, we suspected there may be undiscovered functions for APA. We recently found that a large number of long 3’UTR transcripts are selectively sequestered in the nucleus. We will investigate the new mode of regulatory functions for those APA events from the unique point of view of nuclear functions, such as promoting the RNA decay in the nucleus and acting as lncRNA. The results would deepen our understanding of the RNA degradation pathway in the nucleus and the new biogenesis pathway of lncRNA, providing insights for pathological studies of the diseases induced by APA.

可变多聚腺苷酸化（APA）是生物中普遍存在的一种现象，真核生物中约有70%的基因可以通过APA产生多个转录本。其中3’UTR区域发生的UTR-APA是APA的主要形式，其通过产生具有不同3’UTR长度的转录本在细胞质调控mRNA的稳定性、翻译效率以及在细胞中的定位甚至编码蛋白的细胞定位。但是，目前有研究报道证明这些功能并不具有普适性，因此APA应该还有未知的功能尚待发现。我们前期研究发现有一大类基因通过APA产生的长3’UTR转录本会选择性富集于细胞核中，申请人拟从APA在细胞核内的功能这一新的角度来探索APA调控基因表达的新模式，包括核内降解和作为lncRNA行使功能的可能性等。研究结果将有助于理解RNA的核降解途径以及lncRNA产生的新机制，为相关APA导致的疾病发生的病理研究提供线索。

哺乳动物70%的基因具有多个polyA位点，不同polyA 位点的选择被称为选择性多聚腺苷酸化（APA）。以前的研究发现多聚腺苷酸化是一个超级迅速的反应，通常polyA 位点转录出来后马上就会完成多聚腺苷酸化。此外，有研究发现RNA聚合酶II可以和多聚腺苷化因子相互作用，并在体外促进多聚腺苷酸化的发生；而多聚腺苷化反过来又调控了转录的终止。现有的这些证据使得大家认为近端和远端polyA位点的加工都是在转录的过程发生的，并且彼此独立。.我们前期对细胞进行了组分分离和RNA测序分析, 结果发现有一大类基因通过APA产生的长3’UTR转录本会滞留于染色质/核基质中。基于此，我们想通过研究APA在细胞核内的功能来探索APA调控基因表达的新模式。我们捕获了核基质中与polyA+ RNA直接结合的蛋白以求找到将长3′UTR转录本滞留于细胞核的因子。质谱分析总共鉴定了大概300个蛋白，其中包括了多个核心3′加工因子如CSTF2,FIP1L1,CPSF5.理论上这些因子在RNA完成多聚腺苷酸化后会与polyA+ RNA分离，因此我们认为这些因子可能结合到核基质长3′UTR转录本上近端polyA位点，待加工复合物的组装完成后会转录后加工生成短3′UTR转录本。.我们设计了一系列的实验来验证这一猜想，我们首先证明了远端polyA位点比近端polyA位点要强，从理论上佐证了远端polyA位点先于近端polyA位点加工的可能性，进一步我们开发了SLAM-PAS-seq的方法，这使得我们可以同时比较新生RNA和稳定的旧RNA的polyA位点的使用情况，结果表明新生RNA的确优先使用远端的强polyA位点。核酶实验和我们新开发的cleavage-seq的方法都证明了长3′UTR转录本的确是短3′UTR转录本加工过程的中间产物。基于这些证据，我们提出了APA两步加工的新模式 “sequential polyadenylation”。该部分成果已整理成文并在Nature Structural&Molecular Biology上发表。.进一步结合nanopore长片段测序和质粒报告系统我们证明“sequential polyadenylation”参与了RNA剪接，暗示着“sequential polyadenylation”是一种新的转录后调控基因表达的方式，这一点我们正在进一步研究当中。