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中科院生化细胞所揭示LARP7介导U6修饰与RNA剪接在精子发生过程中的作用

发布日期:2020年04月20日浏览量:

文献基本信息

题目:LARP7-Mediated U6 snRNA Modification Ensures Splicing Fidelity and Spermatogenesis in Mice

期刊:Molecular Cell

影响因子:14.548

客户单位:中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)

文章作者:刘默芳研究员(通讯作者),分子细胞中心博士后王鑫、博士研究生李智彤、闫越和中山大学博士研究生林鹏辉(共同第一作者)

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背景介绍

精子发生是动物体内一种高度有序的过程,精原干细胞经过有丝分裂、减数分裂、精子形成,最终产生成熟精子。在此过程中,基因的表达在不同的时期和阶段会受到复杂而精细的调控。在成年动物中,与其他组织或器官相比,睾丸组织呈现出最高的转录组丰度和最丰富的可变剪接水平【1】。然而,到目前为止,睾丸组织RNA剪接的调控机制仍知之甚少。

在真核细胞中,RNA剪接是指将内含子移除及合并外显子的过程,是真核生物pre-mRNA变成成熟mRNA的过程之一。RNA剪接是由剪接体(Spliceosome)来催化,剪接体是由五个不同的小核核糖核酸 (snRNAs),以及超过一百个蛋白质所组成的大型核糖核酸蛋白质复合物 (snRNP)所组成。在五个snRNA(U1、U2、U4、U5、U6)中,U6是剪接体的核心组份,且U6 snRNA上存在大量修饰,包括2’-O-methylation修饰、假尿嘧啶修饰(ψ), N6-me 修饰(m6A) 以及 N2-me (m2G)修饰。U6 snRNA的 2’-O-methylation修饰最为丰富,但目前关于U6的2’-O-methylation修饰是否在体内存在功能性作用仍然未知【2】【3】。

2020年2月4日,中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(上海生物化学与细胞生物学研究所)刘默芳研究组与国内外实验室合作在Molecular Cell杂志上在线发表了题为“LARP7-Mediated U6 snRNA Modification Ensures Splicing Fidelity and Spermatogenesis in Mice”的文章,揭示了LARP7蛋白在生精细胞中介导了U6 snRNA的2’-O-methylation修饰,从而影响pre-mRNA的剪接,为U6 2’-O-methylation修饰的生物学功能以及精子发生过程中mRNA剪接的调控提供了理论基础。该研究发现LARP7通过box C/D snoRNP介导U6 snRNA 2’-O-methylation修饰,LARP7在精细胞中缺失会导致U6 2’-O-methylation修饰下降,mRNA剪接异常,从而导致小鼠不育。同时德国维尔茨堡大学Utz Fischer教授、雷根斯堡大学Gunter Meister教授同时也在Molecular Cell与本文背靠背在线发表了题为"The Alazami Syndrome-associated protein LARP7 guides U6 small nuclear RNA modification and contributes to splicing robustness"的文章,阐述了LARP7在U6修饰,mRNA剪接以及Alazami综合征中的作用。

为了探究精子发生中mRNA剪接的调控机制,研究人员从U6的结合蛋白出发,RAP-MS结合质谱结果发现,生精细胞中高表达的LARP7能够特异性的结合U6。由于LARP7全身敲除的小鼠胚胎致死,研究人员构建了生精细胞条件性Larp7敲除小鼠。表型分析发现,LARP7的缺失虽然不会影响U6的表达,但其2’-O-methylation修饰明显减少,并伴随mRNA剪接异常和精子发生异常,最终导致小鼠雄性不育。进一步的机制研究揭示,LARP7可以同时结合U6和snoRNA,并促进U6装载到box C/D snoRNP上,促使box C/D snoRNP中的甲基转移酶FBL对其进行2’-O-me修饰。更进一步,通过实验室构建的慢病毒转导系统在Larp7cKO的小鼠中外源高表达LARP7WT和U6结合缺陷的突变体LARP7F38A发现,只有LARP7WT能够恢复U6的2’-O-methylation修饰减少、mRNA剪接异常和生精细胞的发育缺陷,LARP7F38A突变体则不能。该研究发现了LARP7调控了U6修饰的分子机制并首次在哺乳动物中揭示了U6的2’-O-methylation修饰对mRNA的剪接至关重要,具有重要的意义。

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LARP7介导U6 2’-O-methylation修饰模型

该项研究工作在分子细胞中心刘默芳研究员的指导下,由分子细胞中心博士后王鑫、博士研究生李智彤、闫越和中山大学博士研究生林鹏辉共同完成。同时,该研究得到了德国维尔茨堡大学Utz Fischer教授、雷根斯堡大学Gunter Meister教授、分子细胞中心李党生研究员、李劲松研究员、惠静毅研究员、复旦大学林金钟教授和中山大学杨建华教授等的大力协助。该项成果受到了国家自然科学基金委、科技部、中科院、上海市科委等的经费支持。该工作的数据收集还得到了分子细胞中心公共技术服务中心动物实验技术平台、分子生物学技术平台和细胞分析技术平台和国家蛋白质科学中心(上海)等的支持。


参考文献

【1】Soumillon M, Necsulea A, Weier M, et al. Cellular source and mechanisms of high transcriptome complexity in the mammalian testis[J]. Cell reports, 2013, 3(6): 2179-2190.

【2】Didychuk A L, Butcher S E, Brow D A. The life of U6 small nuclear RNA, from cradle to grave[J]. RNA, 2018, 24(4): 437-460.

【3】Bohnsack M T, Sloan K E. Modifications in small nuclear RNAs and their roles in spliceosome assembly and function[J]. Biological chemistry, 2018, 399(11): 1265-1276.

文献下载:10.1016j.molcel.2020.01.002.pdf

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