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蠕虫研究探索饮食如何控制RNA成熟

信使RNA(mRNA)对化学修饰特别敏感,是负责传递我们基因组中编码信息的分子,可以合成蛋白质,这是我们细胞功能所必需的。来自瑞士日内瓦大学(UNIGE)的两个团队与挪威科技大学(NTNU)合作,致力于研究小蠕虫秀丽隐杆线虫中mRNA分子的一种特定类型的化学修饰-称为甲基化。他们发现,mRNA特定序列上的甲基化会导致其降解,并且这种控制机制取决于蠕虫的饮食。这些发现将在Cell杂志上阅读。

在DNA编码的基因产生相应的蛋白质之前,需要执行几个步骤。DNA的两条链中的一条首先被转录成RNA,然后在被翻译成蛋白质之前,它经历了多个过程,包括剪接。此过程从基因中删除了不必要的非编码序列(内含子),仅留下了蛋白质编码序列(外显子)。这种成熟的RNA形式称为信使RNA(mRNA)。

阻止蛋白质合成的“便利贴”

除了这些过程之外,RNA(还有DNA分子)还可以进行化学修饰:甲基化。这包括添加一个甲基(CH3),该甲基允许修饰这些分子的命运而不改变其序列。甲基沉积在RNA或DNA上非常特殊的位置(如“便利贴”后),向细胞表明必须对这些分子赋予特定的命运。RNA的甲基化至关重要:没有RNA甲基化的小鼠会在胚胎早期死亡。

UNIGE的两个相邻小组,一个致力于RNA调节,另一个专门研究线虫C. elegans。,已经研究了甲基化在控制基因表达中的作用。UNIGE科学学院分子生物学系教授Ramesh Pillai和Florian Steiner的实验室首次表明,特定基因的内含子末端的甲基化会阻止剪接机制。内含子不能被去除并且蛋白质不产生。

精细监管以确保公平的平衡

该基因的mRNA被甲基化修饰,编码产生甲基供体的酶。“因此,它是一种自我调节机制,因为参与产生甲基化所需关键因子的基因本身受甲基化调节!” UNIGE科学学院分子生物学系研究员Mateusz Mendel解释说,这项研究的第一作者。

而且,这种改变取决于蠕虫所吸收的营养物的数量。当营养丰富时,mRNA被甲基化,基因剪接被阻断,甲基供体的水平降低,这限制了可能的甲基化反应的数量。另一方面,当营养物质很少时,该基因的特定RNA不会甲基化,因此剪接不会受到阻碍,甲基供体的合成会增加。” UNIGE科学学院。食品中存在的元素为生产甲基供体提供了所需的原料,因此在饮食丰富的条件下,甲基化依赖性剪接抑制作用会阻碍其生产。“过多或过少的异常甲基化反应是造成许多疾病的原因。该细胞建立了非常复杂的调节系统,以确保细胞中甲基化的平衡。” Mateusz Mendel总结道。

在1970年代,科学家(包括UNIGE的前教授Ueli Schibler)发现了这些特定序列上的mRNA甲基化,然后被遗忘了。研究人员花了40年的时间才在2012年重新发现它在基因调控中的重要性。通过这项研究,分子生物学系的科学家们强调了甲基化在剪接控制和对环境变化的响应中的关键作用。

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