Nature Plants | 突破，美国科学院院士陈雪梅/莫蓓莘发现了miRNA前体的新修饰

microRNA生物发生中的关键步骤是将初级前体RNA加工成前体miRNA（pre-miRNA）中间体。在植物中，关于作用于pre-miRNA从而影响miRNA生物发生的过程所知甚少。2019年12月2日，加利福尼亚大学陈雪梅及深圳大学莫蓓莘共同通讯在Nature Plants 在线发表题为“Prevalent cytidylation and uridylation of precursor miRNAs in Arabidopsis”的研究论文，该研究对拟南芥中的pre-miRNA 3’末端进行了互补DNA末端测序的3’快速扩增。 3’端异质性很普遍，并且HYL1，SE和DCL1提高了3’端精度。pre-miRNA 3’末端的广泛尿苷化和胞苷化被发现。核苷酸转移酶HESO1在体外对pre-miRNA进行尿苷化，并负责体内大多数pre-miRNA的尿苷化；HESO1，NTP6和NTP7有助于pre-miRNA的胞酰化。pre-miRNA的尾倾向于将修剪的pre-miRNA恢复到其完整长度，以促进进一步加工。此外，HESO1介导的尿啶化作用导致某些不精确加工的pre-miRNA的降解。因此，该研究发现了pre-miRNA的广泛胞苷化和尿苷化，并证明了pre-miRNA尾部在植物中的多种功能。MicroRNA是20-24个核苷酸（nt）的内源性小RNA，它们调节植物的许多生物过程中涉及的转录因子，胁迫响应因子和其他基因。通过RNA聚合酶II将植物miRNA基因（MIR）转录为初级miRNA（pri-miRNA），在其他两个蛋白的协助下，DICER-LIKE 1（DCL1）将pri-miRNA处理为前体miRNA（pre-miRNA）。 pre-miRNA由DCL1进一步加工成miRNA-5p / miRNA-3p双链体。然后，在将一条链加载到ARGONAUTE1（AGO1）中之前，miRNA-5p / miRNA-3p双链体通过甲基转移酶HUA ENHANCER1（HEN1）在每条链的3′-末端核糖上进行2′-O-甲基化。先前的遗传研究发现许多基因被认为与MIR基因转录与pri-miRNA加工有关。其中有编码两种多蛋白复合物，延伸物和MOS4相关复合物（MAC）的亚基的基因。 Elongator亚基（例如SOE1和SOE2）和MAC亚基（例如CDC5，MYB相关转录因子），PRL1和PRL2（核WD-40蛋白），MAC3A和MAC3B（E3连接酶蛋白）和MAC7，都可导致pri-miRNA和成熟miRNA的水平降低。TOUGH基因也被认为与pri-miRNA加工中的加工蛋白相互作用，因为该基因中的突变体与加工蛋白 (HYL1，SE)突变体相似，因为它们的miRNA含量降低，而pri-miRNA含量提高。在植物中，以前的研究使用互补DNA末端的5’快速扩增（RACE）方法，即SPARE（RNA末端的特异性平行扩增），确定了miRNA加工中间体的5’末端。然而，尚未通过实验确定前miRNA的3’末端。miRBase（http://www.mirbase.org/）中注释的末端是预测的末端。在体外，HYL1和SE增强了DCL1处理pri-miR167的准确性，而HYL1促进了体内精确miRNA的产生。遗传学研究发现了许多在miRNA生物发生的早期起作用以协调MIR基因转录和pri-miRNA加工的因素，例如Elongator，MAC和TOUGH2，但尚不清楚这些因素是否会影响pri-miRNA加工的精度。 在真核RNA的3’端非模板化核苷酸的添加是普遍现象。组蛋白信使RNA，mRNA片段，转移RNA，核糖体RNA，U6小核RNA和miRNA及其前体的3’末端可能会发生尿酸化和/或腺苷酸化，可能会产生功能性产物。最早在植物中发现了小RNA（sRNA）3’末端的铀酰化。在拟南芥中，甲基转移酶HEN1使miRNA和小干扰RNA（siRNA）3’末端核糖的2’OH甲基化。在hen1突变体中，miRNA和siRNA的3’末端被修剪和/或尿酸化，导致小RNA丰度降低。 HEN1 SUPPRESSOR1（HESO1）是一种核苷酸基转移酶，可尿苷化hen1中的大多数miRNA。HESO1功能丧失可恢复hen1突变体中的miRNA丰度。UTP：RNA尿酸转移酶（URT1）是HESO1的功能旁系同源物，负责hen1中的某些miRNA尿酸化。URT1和HESO1在体外具有不同的底物偏好，并且在体内协同作用于相同miRNA的不同形式（例如长度）。miRNA定向的靶mRNA切割是植物中miRNA的主要功能。在拟南芥中，靶mRNA的5’裂解产物经历了HESO1 / URT1介导的尿嘧啶化，从而触发了它们的降解。使用高通量测序分析，在动物中也广泛检测到前miRNA 3’末端的尿苷化。在人类胚胎干细胞中，末端尿酸转移酶TUT4 / 7与RNA结合蛋白Lin28协同作用，以尿苷化pre-let-7，导致其降解。与规范的pre-miRNA相比，mirtron pre-miRNA由内含子剪接产生，并优先进行尿酸化。植物pre-miRNA的尿酰化尚未见报道。在这项研究中，研究人员采用了pre-miRNA 3’RACE测序（RACE-seq）策略来全局确定拟南芥中的pre-miRNA 3’末端。研究人员发现HYL1，SE和DCL1是pri-miRNA处理精度所必需的。该研究发现前miRNA 3’端的大量胞苷化和尿苷化，并证明HESO1赋予了大部分pre-miRNA尿苷化和部分pre-miRNA胞苷化的能力。其他两种核苷酸转移酶NTP6和NTP7也有助于pre-miRNA的胞嘧啶化。此外，该研究展示的pre-miRNA的加工不精确前miRNA的修复或降解拖尾扮演的多重角色。参考消息：https://www.nature.com/articles/s41477-019-0562-1
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