研究确定了植物中RNA降解的新机制

任何时候生物体中RNA分子的总体是精致舞蹈的产物。基因必须“打开”或表达，以便将DNA转化为RNA，然后将RNA转化为能够实现生物体生理需求的蛋白质。但同样重要的是，一旦不再需要RNA转录本，必须将其清除掉。

宾夕法尼亚大学的研究人员对后一过程有了新的见解，确定了RNA分子降解的新机制。该研究由宾夕法尼亚大学生物系副教授布莱恩·D·格雷戈里(Brian D. Gregory)和同一部门的博士后研究员项羽提供，首次证明RNA降解可在同一空间发生，同时也可发生RNA翻译正在植物中发生。基于确定酵母中类似过程的工作，宾夕法尼亚大学的研究表明，这可能是一个进化上保守的过程。

“在我看来，RNA降解是基因调控的一个被忽视的方面，”格雷戈里说。“关键在于它与基因表达同样重要，我们都在考虑。我们在这里的贡献是表明降解不必与翻译分开发生。我们发现一定比例的RNA正在被降解为核糖体在成绩单的长度上移动。它正在共同翻译。“

这项工作发表在植物细胞杂志上。

Gregory和Yu与其他实验室成员，共同第一作者Matthew R. Willmann和Stephen J. Anderson合作撰写了论文。

在这项研究之前，科学家们已经意识到信使RNA可以被降解的两种方式，一种从一开始就开始，或者是RNA转录本的5-prime末端，另一种是从末端或3-prime侧开始。在两种情况下，降解主要发生在细胞质中。

最近在酵母中的研究发现了一种RNA降解途径，这种途径从这种霉菌中脱落，当RNA转录物仍附着在核糖体上时发生，核糖体是负责将RNA翻译成蛋白质的分子机制。

Gregory的实验室专注于植物中的RNA调控，宾夕法尼亚大学的科学家们想要探索酵母研究人员观察到的过程是否也在植物中发现。

为此，研究小组使用了Gregory开发的一种技术作为博士后，称为无盖和切割的转录本的全基因组作图，或GMUCT，它只识别那些被切割或在降解过程中的RNA分子。检查来自拟南芥的花芽RNA，他们进行了GMUCT，从转录本中挑选出可疑的共翻译降解转录本，这些转录本可能是由微小RNA控制的另一个过程通过寻找酵母研究人员看到的相同信号切割的：发生的切割事件16到信使RNA上游17个核苷酸终止密码子，其中翻译停止。该位置与翻译终止期间核糖体将覆盖转录物的5边缘对齐。

“我们看到降解RNA与植物中的核糖体有关，就像在酵母中一样，”Yu说。“许多分子事件耦合在一起。例如，基因转录与剪接相结合。所以这是耦合的另一个例子，其中两个分子事件在空间和时间上相互联系。”

为了进一步探索这种偶联事件，研究人员询问了GMUCT的结果，寻找核糖体在降解/翻译过程中暂停的例子。他们注意到核糖体特别是在终止密码子处暂停，并且令他们惊讶的是，他们发现了编码终止密码子的三种不同序列之间的区别。

“直到现在，每个人都认为你使用哪种终止密码子并不重要，他们都做同样的事情，”格雷戈里说。“根据我们的数据，看起来核糖体和转录物之间相互作用的动力学对于每种类型的终止密码子都是不同的，或者可能存在与每种终止密码子相关的独特蛋白质复合物。”

研究人员表示，这一发现可能表明翻译效率可能受到三种终止密码子中的哪一种的调节。

他们的结果还检测到RNA转录物的非翻译区，称为上游开放阅读框的区域或uORF的调节区域的迹象。他们通过记录转录物的5-prime非翻译区中特定位置的切割点峰值和uORF中存在的终止密码子暂停来检测这些活性区域。

“许多这些活跃的上游开放阅读框架以特定于组织和特定发育的方式调节下游开放阅读框架，因此我们可以使用我们的方法找出哪些组织在您正在剖析的任何组织中都是活跃的，”格雷戈里说。

研究人员用突变植物进行了实验，以了解参与共翻译RNA衰变的分子参与者。他们的研究发现XRN4是一种已知可催化RNA降解的酶，而ABH1是核mRNA结合复合物的一部分，它参与许多生物过程，包括信使RNA稳定性和剪接以及最初的蛋白质翻译。他们的研究结果表明，这一过程在调节参与应激反应的基因(如温度)方面可能尤为重要。

“这个过程看起来像是一种非常有效的方法来摆脱你需要摆脱的成绩单，以便有适当的压力反应，”格雷戈里说。

“合并翻译衰变似乎比一些经典的已知降解途径更有效，更快速，”Yu说。

因为研究人员观察到由microRNA介导的翻译抑制调节的转录物更可能经历共翻译衰变，他们正在设想一种模型，通过这种模型，这些可能导致他们的目标转录物进入共翻译衰变的过程，甚至可能甚至通过这个过程物理穿梭他们。

为了跟进他们的发现，Gregory的小组想要检查他们观察到的过程，共转化降解和他们基于不同终止密码子观察到的独特相互作用是否是组织特异性过程，即它们是否出现在其他植物中超出花蕾的组织。

他们还想探讨这一过程是否超出酵母和拟南芥植物，甚至可能扩展到人类。