本站小編為你精心準(zhǔn)備了受體ＲNA編輯的研究進(jìn)展參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《生理科學(xué)進(jìn)展雜志》2015年第六期

摘要

RNA編輯是指轉(zhuǎn)錄后RNA分子的編輯過程，包含核苷酸的插入、刪除和替換。RNA依賴腺嘌呤脫氨酶(RNAdependentadenosinedeaminases，ADARs)是一類可以將5-羥色胺2C受體基因(HTR2C)的前體mRna特定位點(diǎn)上的腺苷酸(adenosine，A)脫氨基轉(zhuǎn)化為肌苷酸(inosine，I)的酶。A-to-IRNA編輯最終引起氨基酸的改變。本篇綜述主要闡述ADAR家族對HTR2C的RNA編輯作用的相關(guān)研究進(jìn)展，為防治HTR2C的RNA編輯異常引起的相關(guān)疾病提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞

ADAR家族;RNA編輯;5-羥色胺2C受體

一、5-羥色胺2C受體RNA編輯

RNA編輯是生物體在轉(zhuǎn)錄后水平對RNA進(jìn)行修飾的過程，包括核苷酸的刪除、插入和替換［1］。1986年，荷蘭Benne首次報(bào)道真核基因轉(zhuǎn)錄后RNA編輯的過程，他們發(fā)現(xiàn)原生動物錐蟲線粒體的細(xì)胞色素C氧化酶的第2個亞基在轉(zhuǎn)錄后插入了4個非編碼的尿嘧啶(U)，并將這種現(xiàn)象定義為RNA編輯。RNA編輯在哺乳動物中主要發(fā)生于三種受體:谷氨酸受體B亞單位、載脂蛋白B受體和5-羥色胺2C受體(HTR2C)。本文主要綜述關(guān)于HTR2C的RNA編輯的相關(guān)研究。HTR2C的RNA編輯發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)環(huán)第二結(jié)構(gòu)域的5個氨基酸殘基(A、B、C、D和E位點(diǎn))，在RNA依賴腺嘌呤脫氨酶(adenosinedeaminasesactingonRNA，ADARs)的作用下發(fā)生腺苷酸(A)到肌苷酸(I)的替換，即A-to-IRNA編輯。由于I和鳥苷酸(guanosine，G)結(jié)構(gòu)類似，所以在翻譯中被解讀作G，從而使mRNA進(jìn)行重編碼，引起氨基酸的改變，進(jìn)而改變翻譯的蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)和功能［2］。

二、ADAR家族

哺乳動物的ADAR家族成員包括ADAR1(geneID:ADAR)、ADAR2(geneID:ADARB1)、ADAR3(geneID:ADARB2)和ADATs(adenosinedeamina-sesactingontransferRNA)。ADAR1和ADAR2廣泛存在于各種組織，在腦和脾中具有較高的編輯活性;ADAR3只在腦中表達(dá)［3］，體外研究發(fā)現(xiàn)ADAR3單獨(dú)作用時，不能對已知ADAR家族作用的底物(谷氨酸受體和HTR2C)進(jìn)行編輯［4］;ADATs是作用于轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)的腺苷脫氨酶，根據(jù)氨基酸序列和作用底物的不同分為ADAT1、ADAT2和ADAT3。ADAR家族成員大多作用于非編碼區(qū)，如Alu重復(fù)序列區(qū)，這些區(qū)域可以形成RNA局部雙鏈結(jié)構(gòu)供ADAR家族識別［5］。Alu重復(fù)序列同時可以作為編輯誘導(dǎo)物發(fā)揮功能，這些序列通常位于距離特定編輯位點(diǎn)幾百個核苷酸的位置，增強(qiáng)ADARs的編輯效率。ADARs底物的編輯頻率與雙螺旋的長度和雙鏈程度呈正相關(guān)，單個腺苷酸的選擇性編輯通常發(fā)生在短鏈RNA，并受內(nèi)外環(huán)結(jié)構(gòu)的影響。在哺乳動物中，大多數(shù)A-to-I編輯的轉(zhuǎn)錄本參與對神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)控，ADARs作用的A-to-I編輯可以引起配體和電壓門控通道以及G蛋白偶聯(lián)受體的功能發(fā)生改變［5］。ADAR家族具有重要的生物學(xué)功能，ADAR1基因敲除小鼠存在胚胎期致死高危因素;ADAR2基因敲除小鼠極易出現(xiàn)癲癇或未成年死亡。由此可見ADARs功能的穩(wěn)定對于維系生命與保持正常的生理功能非常重要［6］。

三、ADARs對HTR2C的RNA編輯作用

ADARs在C端包含一個脫氨基結(jié)構(gòu)域(deami-nasemotif，DM)，在N端包含2-3個雙鏈RNA結(jié)合域(double-strandedRNAbindingdomain，dsRBD)。ADARs與雙鏈RNA結(jié)合后，在ADARsC端起催化作用的DM發(fā)生脫氨基作用，結(jié)合位點(diǎn)的特異性RNA編輯位點(diǎn)的序列決定，從而易被dsRNA結(jié)合域和DM識別［7］。ADARs的選擇性剪接、自我編輯、蛋白質(zhì)修飾、異源二聚體化和泛素化等可影響編輯活性［8］(圖1)。

(一)ADAR1、ADAR2和ADAR3ADAR1的兩種單體，p150和p110，是在不同的啟動子部位發(fā)生轉(zhuǎn)錄形成。這兩種單體具有相似的結(jié)構(gòu)，但p150在N端具有帶有核轉(zhuǎn)運(yùn)信號(NES)的Zɑ和β-DNA結(jié)合域，p110在N端只有一個Zβ-DNA結(jié)合域，且不帶有NES(圖2)。反式作用調(diào)節(jié)因子決定ADAR1和ADAR2的亞細(xì)胞定位，其中p110主要位于細(xì)胞核，p150主要位于細(xì)胞質(zhì)，ADAR1特有的Z-DNA結(jié)合域可以識別左旋DNA分子，是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄本活性的典型結(jié)構(gòu)。ADAR2位于細(xì)胞核，其向核內(nèi)的轉(zhuǎn)入由輸入蛋白ɑ4和ɑ5介導(dǎo)。ADAR2的DM中含有鋅離子，可以與水分子反應(yīng)，發(fā)生脫氨基作用;ADAR3含有獨(dú)特的精氨酸/賴氨酸富集區(qū)域(R結(jié)構(gòu)域)可以與單鏈RNA底物結(jié)合［6］;ADAR1-3均含有引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核的核定位信號(nuclearlocaliza-tionsignal，NLS)。在眾多的7次跨膜受體家族中，只有HTR2C可在ADARs的作用下進(jìn)行RNA編輯［9］。HTR2C的前體mRNA有A、B、C、D和E5個編輯位點(diǎn)，具有極強(qiáng)的編輯可塑性。體外研究發(fā)現(xiàn)，ADAR1主要編輯A和B位點(diǎn);ADAR2幾乎只編輯D位點(diǎn);ADAR1和ADAR2可共同參與C和E位點(diǎn)的編輯。ADAR1的可變剪接作用發(fā)生在RNA的成熟過程，可以產(chǎn)生3種異構(gòu)體(ADAR1a、b和c)，腦組織中主要表達(dá)a和b異構(gòu)體。ADAR1a是由26個氨基酸組成，在外顯子7位點(diǎn)發(fā)生缺失;ADAR1b是由ADAR1a的59位點(diǎn)剪接變異生成，在HTR2C的RNA編輯中的A和C位點(diǎn)編輯效率較高。ADAR2可以在酶的催化區(qū)域發(fā)生剪接變異，進(jìn)而降低編輯效率。ADAR1和ADAR2剪接變異產(chǎn)生的異構(gòu)體表達(dá)相對量的改變可以影響HTR2C的編輯效率［2］。ADAR1和A-DAR2可以組成一個穩(wěn)定的同型二聚體復(fù)合物，兩個單體的相互作用在位點(diǎn)選擇性的編輯過程中起到非常重要的作用。ADAR3不具有編輯作用，但可作為抑制劑干擾ADAR1和ADAR2的活性［6］。ADARs在C端包含一個保守的起催化作用的脫氨基結(jié)構(gòu)域(deaminasemotif，DM)，在N端有2～3個雙鏈RNA結(jié)合域(double-strandedRNABindingDomain，dsRBD)，還含有核定位信號(nuclearlocali-zationsignal，NLS)。ADAR1的p150單體在N端包含帶有NES的Zɑ-和Zβ-DNA結(jié)合域，p110單體在N端只包含Zβ-DNA結(jié)合域。ADAR3含有一個R結(jié)構(gòu)域。

(二)ADATsADATs只含有DM，可以與tRNA中位于34和37位點(diǎn)的腺苷酸(A34，A37)發(fā)生反應(yīng)。ADAT1在酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸(yeastala-ninetransferRNA，tRNAala)的A37位點(diǎn)脫氨基，并在S-腺苷甲硫氨酸和另一種酶的作用下發(fā)生甲基化;ADAT2和ADAT3可組成異二聚體，在其他類型tRNA的A34位點(diǎn)參與脫氨基反應(yīng)［10］。

(三)輔助因子已有報(bào)道ADARs與某些輔助因子協(xié)同發(fā)揮作用。二重編輯篩選技術(shù)分離并確認(rèn)DSS1/SHFM1，RNA結(jié)合蛋白核內(nèi)不均一核糖核蛋白(heterogeneousnuclearribonucleoprotein，hnRNP)A2/B1和3＇端非翻譯區(qū)(untranslatedregions，UTR)可作為編輯增強(qiáng)子發(fā)揮作用［7］。

四、ADARsRNA編輯作用的調(diào)節(jié)

ADARs大多與RNA雙鏈結(jié)構(gòu)結(jié)合，這種莖環(huán)結(jié)構(gòu)(stem-loopstructure)主要位于編輯位點(diǎn)附近，所以RNA遠(yuǎn)端的序列和結(jié)構(gòu)也可以影響ADARs編輯的位點(diǎn)選擇性。在順式調(diào)節(jié)中，側(cè)翼序列可以影響編輯位點(diǎn)的選擇性，且5＇端和3＇端的側(cè)翼序列作用更為突出［11］。通過分析ADAR1與ADAR2編輯位點(diǎn)相鄰堿基的特性發(fā)現(xiàn)，ADAR1在HTR2C的RNA的5＇端主要編輯U和A聚集的位點(diǎn)(編輯發(fā)生率:U≈A＞G＞C)，在3＇端無此特性。ADAR2在5＇端的編輯特性與ADAR1相同，在3＇端主要編輯U和G聚集的位點(diǎn)(編輯發(fā)生率:U=G＞C=A)，上述編輯特點(diǎn)形成了第二個堿基為A的特異性三聯(lián)序列(UAG;UAU;AAG;AAU)［1］，即被編輯的A周圍富集U和G。在反式調(diào)節(jié)中，正常ADARs在RNA和蛋白質(zhì)水平的作用并不是導(dǎo)致RNA編輯發(fā)生變化的全部因素，這提示存在其他蛋白質(zhì)參與ADARs活性的調(diào)節(jié)導(dǎo)致RNA編輯發(fā)生改變［11］，這些調(diào)節(jié)因子在下文中將會提及。

(一)基因水平干擾素(interferons，IFNs)在臨床上被廣泛用于治療病毒性肝炎、腫瘤和多發(fā)性硬化等疾病，盡管IFNs主要作用于免疫系統(tǒng)發(fā)揮治療作用，但是ɑ亞型IFNs也可引起抑郁，甚至導(dǎo)致患者自殺。這可能與IFNs通過血腦屏障薄弱部位進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，進(jìn)而直接作用于神經(jīng)元，引起編碼ADARs的基因發(fā)生改變有關(guān)［2］。在人類膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系中可篩選出表達(dá)HTR2CmRNA的HTB14和HTB17兩種細(xì)胞系，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)IFN-ɑ可引起HTR2C的RNA編輯作用發(fā)生改變。干擾素干預(yù)后，ADAR1編輯的A、B和C三個位點(diǎn)的編輯水平增高，ADAR2編輯的D位點(diǎn)編輯水平輕度降低，E位點(diǎn)始終維持在低編輯水平。這些研究提示HTR2C的RNA編輯水平在IFNs的作用下，可發(fā)生動態(tài)變化［2］。脆性X蛋白(FMRP)可與果蠅A-DARs在基因水平發(fā)生相互作用，從而調(diào)節(jié)RNA編輯水平［11］。

(二)轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平轉(zhuǎn)錄后水平ADAR1的表達(dá)受微小RNA(microRNA，miRNA)調(diào)節(jié)，miR-NA與其他因素一起在RNA干擾(RNAinterference，RNAi)路徑中通過阻礙翻譯和促進(jìn)降解，負(fù)性調(diào)節(jié)基因表達(dá)，其中起主要作用的是miR-17和miR-432。ADAR2可以通過對其轉(zhuǎn)錄本的自我編輯從而調(diào)節(jié)酶的活性，某些特定的組織通過對ADAR2的前體mRNA進(jìn)行組織特異性選擇性剪接從而下調(diào)ADAR2蛋白水平［6］。環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMPresponsiveelement-bindingprotein，CREB)作為轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子可誘導(dǎo)大鼠腦內(nèi)海馬CA1區(qū)神經(jīng)元的ADAD2的表達(dá)［12］。

(三)翻譯后水平ADAR1可以通過SUMO化修飾進(jìn)行翻譯后編輯，這一調(diào)節(jié)是通過與小泛素修飾因子(SUMO)在靶蛋白上共價結(jié)合從而進(jìn)行可逆的翻譯后修飾過程，包括細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)穩(wěn)定等一系列過程。人類ADAR1在多肽鏈418位賴氨酸殘基(Lys418)處發(fā)生SUMO化修飾，從而使其活性降低［6］。蛋白質(zhì)肽基脯氨酸順反異構(gòu)酶(phosphorylation-dependentprolylisomerase，Pin1)和E3泛素連接酶WWP2可以協(xié)同調(diào)節(jié)A-DAR2的翻譯后水平，其中Pin1磷酸化與ADAR2結(jié)合，正性調(diào)節(jié)其活性，WWP2通過蛋白質(zhì)的相互作用使ADAR2泛素化隨后發(fā)生降解［11，13］。

(四)其他調(diào)節(jié)5羥色胺(5-HT)神經(jīng)遞質(zhì)的持續(xù)改變能夠影響HTR2C的A-to-IRNA編輯［6］。腺病毒可以編碼2種非編碼的病毒相關(guān)性(virus-as-sociated，VA)RNA，VAⅠ和VAⅡ，其中VAⅠRNA可以拮抗ADARs的脫氨基活性。持續(xù)激活磷脂酶C(phospholipaseC，PLC)可增強(qiáng)ADARs的RNA編輯效率。HTR2C被激活后，在PLC作用下，磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol4，5-bisphosphate，PIP2)合成三磷酸肌醇(inositol1，4，5-triphosphate，IP3)，IP3進(jìn)一步磷酸化形成六磷酸肌醇(inositolhexaphosphate，IP6)，IP6包埋于ADAR2的核心部位，導(dǎo)致蛋白質(zhì)折疊，使其具有編輯活性［14］。對A-DARs進(jìn)行測序研究發(fā)現(xiàn)，在人類ADAR2晶體結(jié)構(gòu)中與IP6起協(xié)同作用的氨基酸殘基也存在于ADAT1中，但不存在于ADAT2和ADAT3中［10］。在酵母中進(jìn)行異源性編輯分析篩選出編輯調(diào)節(jié)因子RPS14、SFRS9和DDX15，但其對ADAR2的詳細(xì)調(diào)節(jié)機(jī)制仍需進(jìn)一步研究，可能與核糖核蛋白(RNPs)影響RNA編輯有關(guān)［6］。

五、ADARs對A-to-IRNA編輯調(diào)節(jié)異常的相關(guān)疾病

(一)精神障礙疾病HTR2C的RNA編輯與抑郁、自殺、精神分裂和雙相情感障礙等疾病的發(fā)生密切相關(guān)［15］。Iwamoto等在尸檢結(jié)果中發(fā)現(xiàn)自殺患者大腦皮層HTR2C的A位點(diǎn)RNA編輯作用明顯增強(qiáng)，抑郁患者D位點(diǎn)的RNA編輯作用也明顯增強(qiáng)［16，17］。提示HTR2C的A-to-IRNA編輯作用異常參與精神障礙疾病的發(fā)病機(jī)制。

(二)神經(jīng)系統(tǒng)疾病RNA編輯的異常調(diào)節(jié)可以導(dǎo)致許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥(ALS)、前腦缺血和Prader-Willi綜合癥(PWS)等［6］。

(三)腫瘤ADARs在哺乳動物正常發(fā)育過程中具有不可取代的地位，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)RNA編輯失調(diào)與腫瘤有著密切的關(guān)系。已有研究報(bào)道成人和兒童膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者在ADAR2特異性靶位GluR-B的Q/R位點(diǎn)均處于編輯狀態(tài)。ADAR1和ADAR3的mRNA在腦腫瘤中表達(dá)增加，并且ADAR1的過表達(dá)可以抑制ADAR2特異位點(diǎn)的編輯頻率。在其他腫瘤中，ADARs的差異性表達(dá)與其各自位點(diǎn)編輯失衡也具有關(guān)聯(lián)性。肝癌細(xì)胞的ADAR1mRNA與蛋白質(zhì)表達(dá)增強(qiáng)而ADAR2表達(dá)減弱［18］。目前還未見有關(guān)腫瘤與HTR2C的A-to-IRNA編輯相關(guān)的報(bào)道，HTR2C的A-to-IRNA編輯是否與某種特定類型的腫瘤相關(guān)，尚不清楚。

六、展望

A-to-IRNA編輯水平對于維持人類正常的生理功能具有重要的意義，A-to-IRNA編輯失衡與精神障礙疾病密切相關(guān)。調(diào)節(jié)A-to-IRNA編輯的A-DARs可能是精神障礙疾病在表觀遺傳水平上的發(fā)病機(jī)制中的重要環(huán)節(jié)。從分子水平的相關(guān)深入研究將會有助于防治由于A-to-IRNA編輯失衡引起的相關(guān)疾病。

作者：曾雯 于德欽 殷盛明 單位：大連醫(yī)科大學(xué)七年制研究生 大連醫(yī)科大學(xué)生理學(xué)教研室