HYL1拮抗外切体调控miRNA加工生成新机制

复旦大学遗传工程国家重点实验室任国栋研究员课题组发表了题为《双链RNA结合蛋白HYL1保护miRNA前体分子免受核内外切体攻击》“Hyponastic Leaves 1 protects pri-miRNAs from nuclear exosome attack”的研究论文。该研究揭示了拟南芥双链RNA结合蛋白 HYL1在 miRNA加工成熟过程中保护底物分子（pri-miRNA及其加工过程中间产物）免受核酸外切体（exosome）攻击的新机制，并发现HYL1可能在DCL1介导的由环到基部（Loop-to-base）和基部到环（Base-to-loop）成熟的pri-miRNAs 加工过程中发挥不同作用。

miRNA是一类长度在20-24碱基的内源小分子RNA，在动植物生长发育、细胞命运决定和转换、以及环境应答等几乎所有生物学过程中发挥重要作用。miRNA初级转录本（称为pri-miRNA）可以折叠成茎区不完全配对的发夹结构，该结构可被RNase III家族核酸内切酶识别并切割后释放出成熟的双链miRNA/miRNA*。和动物相比，植物 pri-miRNA的茎环区长度变异更大（从60 nt到超过500 nt，动物中一般为~70 nt），从而增加了茎环结构的复杂性。因此植物除了经典的基部到环的加工方式，不少miRNA以环到基部的切割方式成熟，有些长的pri-miRNA还存在两次以上的连续切割 。

在植物中，DCL1在HYL1和锌指蛋白SE等的帮助下负责绝大多数miRNA的加工成熟。HYL1被认为是DCL1最重要的伴侣分子，推测其在miRNA加工过程中的功能类似于动物miRNA生成中Drosha的伴侣蛋白DGCR8和Dicer的伴侣蛋白TRBP。已有的研究表明HYL1有助于提高DCL1加工的效率和准确性，但其具体的作用机制以及HYL1是否还有其他生物学功能仍不清楚。

外切体是生物体最主要的负责各类RNA降解的蛋白质机器，在rRNA加工成熟、正常RNA周转降解以及非正常RNA（如错误转录本、RNA加工副产物、靶基因切割产物等）的及时清除等细胞基本生命活动过程中发挥关键作用。外切体核心复合物共含9个蛋白（Exosome 9，exo9），在古菌和真核生物中高度保守。核心复合物通过与不同辅助因子互作参与不同RNA底物的识别和降解。根据亚细胞定位的不同，外切体可分为胞质外切体与核内外切体，核内外切体又分为核仁外切体与核质外切体。RNA解旋酶SKI2、MTR4以及HEN2分别是胞质外切体、核仁外切体与核质外切体的重要辅助成员。

研究通过正向遗传学筛选hyl1-2的表型抑制子，结合图位克隆分离鉴定到核质外切体的另一辅助因子SOP1。SOP1蛋白C端含有5个串联的CCCH型锌指结构，可能与RNA结合有关。SOP1与HEN2共定位，参与部分核质外切体靶标RNA的降解。在hyl1-2中引入HEN2的突变同样可以显著抑制hyl1-2的发育缺陷，表明SOP1和HEN2很可能是通过外切体途径参与miRNA调控的 。通过对miRNA以及pri-miRNA的联合分析发现，hyl1 sop1 双突变体中加工方向为环到基部的pri-miRNA较hyl1有更高的积累，对应成熟miRNA表达水平得到了显著回复，表明SOP1选择性参与hyl1突变体中加工方向为环到基部的pri-miRNA降解。

令人惊讶的是，hyl1 hen2双突变体中几乎所有的pri-miRNA均显著累积，但是只有环到基部成熟的miRNA得到了回复。该研究结果表明当HYL1缺失时，环到基部加工的pri-miRNA的更多累积可以促进miRNA的生成，而基部到环加工的pri-miRNA则不能。加工复合体成员SE能够与HEN2相互作用，猜测可能在招募外切体中发挥功能。

该研究揭示了外切体在pri-miRNA生物发生中的监控作用以及加工复合体核心成员HYL1的保护功能，拓展了我们对于加工过程中pri-miRNA质量控制机制的认识。此外，该研究还系统鉴定了受HEN2、SOP1影响的差异表达基因，这些基因可作为核质外切体功能的标志基因。