核输入因子importin β1调控NMD通路活性的分子机制研究

Nonsense-mediated RNA decay (NMD) is one of the quality- and quantity-control mechanisms in eukaryotic cells. The molecular mechanism of NMD, which is coupled to RNA processing and protein translation, is extremely complicated. In previous study, we found that importin β1 interacts with UPF1 (a core factor of NMD) and MARVELD1 (a potential negative regulator of NMD). And knockdown of importin β1 expression repressed NMD activities remarkably. These results indicated that importin β1 may be another potential regulator of NMD. To prove this hypothesis, the classical NMD reporter plasmids, transcriptomics analysis, protein interaction analysis and RNA-FISH will be applied in this project to uncover the molecular mechanism. The completion of this project will contribute to improve the understanding of epigenetic regulation of gene expression in mammalian cells.

无义介导的mRNA降解途径（NMD）是真核细胞中mRNA质量和数量监控机制之一。与mRNA成熟加工和蛋白质翻译过程相偶联，机制复杂。申请者前期研究发现importin β1分别与UPF1（NMD核心因子）以及MARVELD1（NMD潜在的负调控因子）相互作用，而且importin β1表达沉默导致NMD通路活性显著降低，推测importin β1可能是NMD机制的潜在调控因子。为证实该假说，本课题拟利用NMD经典报告质粒系统、转录组学分析、蛋白质相互作用分析、RNA-FISH等技术，深入研究importin β1调控NMD机制的分子机制。完成本项目有助于完善我们对基因表达的表观遗传学调控机制的理解。

在真核细胞中，无义介导的RNA降解（nonsense-mediated RNA decay, NMD）是与蛋白质翻译相偶联的重要生理机制，可调节包含提前终止密码子（premature termination codon, PTC）的异常RNA和5-20%正常转录组的稳定性，提示NMD可能与多种生理活动相关。有研究表明，RNA代谢紊乱是人类退行性疾病如阿尔兹海默症、帕金森病、肌萎缩性嵴髓侧索硬化症（ALS）和额颞叶型失智症（FTD）等的致病原因之一；在淋巴瘤等癌症病例中，激活NMD机制能够诱导肿瘤细胞的凋亡。因此，NMD有可能成为治疗上述疾病的潜在靶点。然而，到目前为止，NMD途径的分子调控机制尚未完全阐明。在前期工作中，我们观察到importin β1（Impβ1）与UPF1（NMD的核心因子）之间存在相互作用。本项目证实Impβ1表达下调提高了NMD报告基因mRNA（含PTC）水平，与UPF1共同调节了大量的靶转录本，并且Impβ1和SMG5以及MAGOH相互作用。此外，Impβ1影响UPF1与SMG5或MAGOH之间的相互作用，以及UPF1，SMG1，SMG5和MAGOH的核分布。此外，小GTP酶Ran表达下调促进了Impβ1与SMG5或MAGOH的解离。我们的发现为Impβ1在NMD中的潜在功能提供了新的切入点。