套索RNA通过拮抗DCL1复合物抑制植物miRNA产生的分子机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31671261
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0602.基因表达及非编码序列调控
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

MicroRNAs (miRNAs) play an important role in multiple biological processes, miRNA biogenesis begins with the processing of primary miRNAs (pri-miRNAs), which contain a hairpin structure that is cleaved twice by the DCL1 complex. Splicing of mRNA precursors (pre-mRNA) is a critical step in gene expression in eukaryotes. Studies in the past decade years have established active crosstalk between miRNA biogenesis and pre-mRNA splicing. However, the mechanisms underlying the interplay between these two processes are still unclear. As you know, lariat RNAs are formed from cleaved intron with a circular loop and a linear tail during pre-mRNA splicing, which are usually thought as by-products of splicing and should be quickly linearized by the debranching enzyme (DBR1) in eukaryotes. Null mutants of DBR1 are embryo lethal in both plants and animals, but why the accumulation of lariat RNAs is intolerant remains unexplored. In a genetic screening aiming to identify new players in miRNA biogenesis, we isolated a weak and viable mutant allele of DBR1 in Arabidopsis. We found that lariat RNAs over-accumulate concomitantly with global reduction of miRNAs in the dbr1 mutant. Pri-miRNA is accumulated in the dbr1 mutant, and the binding of the DCL1 complex with pri-miRNAs was greatly reduced. Circular RNA seq analysis identifies that hundreds of lariat RNAs exist in wild type plants, and thousands of lariat RNAs accumulate in the dbr1 mutant. RIP assay shows that the DCL1 complex can bind lariat RNAs, and R-EMSA assay further shows that circular RNAs competitively inhibit the binding of the DCL1 complex with pri-miRNAs. We thus propose that lariat RNAs act as decoys to inhibit miRNA biogenesis in plants, and this function could contribute to the embryo lethality in null dbr1 mutants. Thus, in this proposed study, we will focus on how DBR1 promotes DCL1 binding to pri-miRNA; how DBR1 and lariat RNA are regulated; how lariat RNA itself is regulated, and what components of DBR1 and lariat RNAs bind. The accomplishment of this study will not only broaden our knowledge on the function of lariat RNAs and also open a new window for us to understand how miRNA biogenesis interplays with pre-mRNA splicing.
植物miRNA的产生主要通过以DCL1为核心的复合物介导。已知miRNA的产生受到了前体mRNA拼接过程的调控,但其分子机制并不清楚。申请人前期的工作表明负责降解拼接副产物-内含子形成的套索RNA的去分支酶(DBR1)全局性的调节了植物miRNA的产生。申请人发现dbr1突变体中全基因组范围内的miRNA水平降低,但初级miRNA (pri-miRNA) 却积累,而且pri-miRNA与DCL1的结合效率显著下降。因此我们推测DBR1介导的套索RNA的降解对miRNA产生至关重要。本课题将深入研究DBR1促进DCL1结合pri-miRNA的分子机理;解析DBR1和套索RNA的表达调控机制;鉴定DBR1和套索RNA的结合蛋白;阐明套索RNA代谢与miRNA产生途径互作的分子基础。该项目的完成将拓展人们对套索RNA功能的崭新认识,为诠释miRNA产生与mRNA拼接的互作机制开辟新视野。

结项摘要

RNA拼接反应产生两种产物:外显子相连而来的mRNA和被切割的内含子套索RNA。一般认为内含子套索RNA是RNA拼接的副产物或者”垃圾“,其被真核生物中高度保守的RNA去分支酶DBR1线性化之后经外切核酸酶所降解。但是动植物中的DBR1无义突变后导致动植物均在胚胎期死亡,暗示套索RNA的快速清除对动植物的存活至关重要。但其分子机制并不清楚。本项目通过分离拟南芥中miRNA产生异常的突变体,鉴定了一个点突变的dbr1弱突变体dbr1-2。本项目基于该遗传材料开展了一系列生化、遗传、基因组学和分子生物学的研究,结果发现dbr1突变体中全基因组范围内的miRNA水平降低,miRNA前体与miRNA产生复合体的结合减少,套索RNA作为分子海绵抑制了miRNA产生复合体与miRNA前体的结合。因此,本项目的研究发现部分解释了RNA去分支酶DBR1突变导致植物胚胎致死的原因,即DBR1介导的套索RNA的快速清除为植物miRNA产生提供了安全保障。该项目的完成极大地拓展了人们对套索RNA功能的认识,为诠释miRNA产生与RNA拼接的互作机制提供了新视角。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Comprehensive Map of Intron Branchpoints and Lariat RNAs in Plants
植物内含子分支点和套索 RNA 综合图谱
  • DOI:
    10.1105/tpc.18.00711
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Plant Cell
  • 影响因子:
    11.6
  • 作者:
    Zhang Yong;Zhang Xiaotuo;Wang Taiyun;Li Ziwei;Cheng Jinping;Ge Haoran;Tang Qi;Chen Kun;Liu Li;Lu Chenyu;Guo Junqiang;Zheng Binglian;Zheng Yun
  • 通讯作者:
    Zheng Yun
A lariat-derived circular RNA is required for plant development in Arabidopsis
拟南芥植物发育需要源自套索的环状 RNA
  • DOI:
    10.1007/s11427-017-9182-3
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Science China Life Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Cheng Jinping;Zhang Yong;Li Ziwei;Wang Taiyun;Zhang Xiaotuo;Zheng Binglian
  • 通讯作者:
    Zheng Binglian

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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