生命科学学院陆剑课题组揭示果蝇tsRNA的作用机制

2018年3月14日，国际着名学术期刊Nucleic Acids Research以长文情势在线发表了北京大门生命科学学院陆剑课题组题为“Drosophila tsRNAs preferentially suppress general translation machinery via antisense pairing and participate in cellular starvation response”（DOI：10.1093/nar/gky189）的研究论文。该论文首次报道了果蝇中来源于tRNA的小RNA（tRNA-derived small RNAs, tsRNA）对靶基因的调控机制和在胁迫应答中的紧张作用。

来源于tRNA的tsRNA是近年新发现的一类小RNA，研究发现tsRNA并非tRNA的随机降解产物，其与环境胁迫应答、细胞增殖和癌变、表观遗传等过程有关。先前研究注解tsRNA可以调控细胞的团体翻译水平，但是对其作用机制并没有同一的熟悉。

陆剑研究组首先通过对公共数据库中果蝇小RNA数据的分析，发现果蝇中大多数tsRNA高度保守、普遍存在，并且有较高的丰度，揭示这些tsRNA可能有紧张的生物学作用。结合tsRNA细胞转染、mRNA-seq、核糖体图谱（ribosome profiling）和双荧光素酶报告实验，他们发现tsRNA转染后能明显降低细胞的团体翻译水平，并且tsRNA通过进化上保守的互补序列来识别并克制靶基因mRNA的翻译。靶基因展望效果表现tsRNA倾向于结合并克制细胞翻译体系重要蛋白的mRNA分子，从而诠释了tsRNA如何通过序列互补的模式来克制细胞团体翻译水平。此外，对血清饥饿状况下的果蝇S2细胞的实验效果注解tsRNA参与了细胞的饥饿应答过程，并且这个过程是自力于mTOR通路，但是依靠于果蝇的AGO2蛋白。

基于上述效果，该研究提出了果蝇细胞中“tsRNA连环计”的胁迫应答模型。在胁迫条件下，生物体的细胞翻译水平通常会下调。在“tsRNA连环计”模型中，首先tsRNA的生成会削减细胞中tRNA的丰度从而降低细胞团体翻译水平；其次tsRNA通过序列互补特异性克制细胞翻译体系关键组分蛋白的mRNA自身翻译，从而降低细胞的团体翻译水平。基于tsRNA的连锁反应使得细胞能够敏捷高效的产生胁迫应答。该研究首次揭示了果蝇中tsRNA介导的调控过程对细胞的能量平衡和代谢适应性的关键作用，对深入理解tsRNA的机制和功能提供了新的思路。

陆剑研究员为该论文的通信作者。生科院博士后罗诗琦（现中国农业大学岗位科学家）、何峰（现浙江大学医学院讲师）、罗俊杰（现中国农业大学岗位科学家），生科院博士生窦圣乾，北大-清华生命科学联合中间博士生王奕蓉是论文的共同第一作者，生命科学联合中间博士生郭安南为论文的共同作者。生科院研究生张宏同窗亦对本研究提供了紧张帮助。内华达大学的陈琦博士提供了建设性的意见。本研究得到了科技部、国家天然科学基金、青年千人计划科研启动经费、中国博士后基金和北大-清华生命科学联合中间的支撑。

编辑：白杨

责编：山石