竞争RNA二级结构调控互斥可变剪接的新机制研究

Alternative splicing is an important means to increase protein repertoire. Mutually exclusive splicing is a strictly regulatory and interesting alternative splicing; for example, Drosophila melanogaster Dscam (Down syndrome cell adhesion molecule) gene potentially produces 38 016 different mRNA and protein isoforms. However, the regulatory mechanisms remain obscure. Our previoud study indicates that RNA structures ensure only-one variant exon selection by the spliceosome (Nat Struct Mol Biol, 2011; Nat Commun, 2012). Recently, we discove very exciting arrangement of intronic elements and then propose a novel model, which was confirmed by some data. Next, we identy genome-wide RNA structures in mutually exclusive splicing by comparative genome analyses and high-through structure sequencing, and confirmed the model in more genes from various species. In addition, trans-acting factors which contribute to this splicing process will be revealed. Our ultimate aim is to imply a novel mechanism to ensure mutually exclusive splicing.

可变剪接是产生蛋白质和功能多样性的重要途径，互斥剪接是一种有趣且严格调控的可变剪接方式，可产生数目惊人的蛋白异构体，如黑腹果蝇Dscam 基因通过互斥剪接产生多达38 016种的异构体蛋白质，但其发生调控和遗传机制还不太清楚。我们前期研究揭示了以RNA二级结构为基础的联合机制在互斥可变剪接中的指导作用(Nat Struct Mol Biol, 2011; Nat Commun, 2012)。最近对Yel等基因研究获得了更为激动人心的发现，并提出了新的调控模型假说并获得初步证实。在此基础上，结合全基因组比较基因组保守进化分析和高通量RNA结构测序技术鉴定介导RNA互斥剪接的二级结构，并采用多物种在多个基因上通过实验证明新模型及其适用性；探明RNA二级结构是如何与蛋白相互作用从而启动外显子的剪接，最终建立多停泊位点的RNA竞争匹配控制互斥剪接的新模型。

互斥可变剪接是一种有趣且严格调控的可变剪接方式。如黑腹果蝇Dscam (唐氏综合症细胞黏附分子) 基因通过互斥可变剪接方式可产生的异构体多达38 016种，在许多教科书和专著中被用作经典案例予以描述。但是其调控机制还不清楚。在项目执行期间，主要围绕Dscam RNA互斥可变剪接、RNA 结构与互斥可变剪接的关系等开展较系统的探索，获得了前沿性进展。我们在膜翅目等昆虫Dscam基因中外显子4、9发现存在特异顺式元件和进化保守的双向RNA二级结构，进而提出了双向竞争性RNA二级结构调控RNA互斥可变剪接的新模型（RNA, 2016）；发现了螯肢动物Dscam转录本5'端高度的复杂性和多样性，提出了一种复制可变外显子的选择机制的新模型（Nat Commun, 2016）；阐明了竞争性RNA二级结构在控制互斥可变剪接的作用和趋同进化（RNA Biol, 2017）；揭示了竞争性RNA二级结构控制3’互斥可变剪接的作用机制（RNA, 2018）；应用CRISPR-Cas9技术研究Dscam RNA互斥可变剪接的调控机制和功能；鉴定了介导互斥可变剪接的反式作用因子。同时修正相关教科书或专著描述Dscam1 RNA可变剪接的假说模型。更令人兴奋的是，在项目执行期间，意外地发现了螯肢动物Dscam转录本5'端高度的复杂性和多样性，提出了一种通过选择性启动子产生Dscam多样性的新机制，这将会是蛋白质多样性的协同进化一个非常有趣的案例。本项目已按计划高质量地完成了研究目标，并取得了重要创新性成果。.部分研究工作已在Nat Commun, RNA 等著名期刊发表论文8篇（均为通讯作者），其中研究论文5篇（Nature子刊1篇，均为通讯作者），综述文章3篇（通讯作者），多篇论文处于审稿修改中。培养博士生5名、硕士生5名、博士后2名。被邀请在2016年全国RNA学术会议大会报告和2016和2017年中德RNA学术会议大会报告，应邀参加《中国大百科全书》（第三版，2016年）“可变剪接”“RNA编辑”条目的编写，获2015年第二批农业科研杰出人才和2016年浙江省有突出贡献的中青年专家等荣誉称号。