RNA結(jié)合蛋白R(shí)bm24的功能研究進(jìn)展

孔淑慧 ，成海建 ，姜富貴 ，王亞芳 ，張清峰 ，宋恩亮 *

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，濟(jì)南 250100；2.山東省畜禽疫病防治與繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250100；3.山東省畜禽健康養(yǎng)殖工程技術(shù)中心，濟(jì)南 250100）

RNA結(jié)合蛋白（RBPs）可以結(jié)合單鏈或者雙鏈RNAs，對(duì)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后基因的表達(dá)和組織特異性可變剪接有重要作用[1]。Rbm24作為RBPs家族一員，在不同脊椎動(dòng)物中的氨基酸序列十分保守，且高度保守地表達(dá)在心臟、體節(jié)、晶狀體和耳囊中[2]。研究發(fā)現(xiàn)，Rbm24在心臟和骨骼肌發(fā)育和分化過(guò)程中是必不可少的：通過(guò)與靶基因RNA的3’UTR或5’UTR結(jié)合調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性，或者調(diào)控靶基因的可變剪接產(chǎn)生不同的剪接變體，以保證細(xì)胞的正常形成和功能[2-5]。近來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，Rbm24在抗癌癥[6]、抗巨腸癥[7]和調(diào)控病毒復(fù)制[8，9]方面也發(fā)揮重要作用。本文就RNA結(jié)合蛋白R(shí)bm24的功能研究進(jìn)展予以綜述。

1 Rbm24的結(jié)構(gòu)

RBPs參與RNA的轉(zhuǎn)錄、編輯、剪接、運(yùn)輸和定位、穩(wěn)定性與翻譯等生物學(xué)過(guò)程[1]。伴隨RNA結(jié)合蛋白轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制的廣泛報(bào)道，越來(lái)越多的學(xué)者專注于其功能的探究。證據(jù)表明，RBPs與多種人類疾病相關(guān)[10]。心臟特異的RBPs是導(dǎo)致心臟疾病的主要致病因子之一，如Rbm20，是最早發(fā)現(xiàn)的與心臟疾病相關(guān)的RBPs，主要參與調(diào)控Titin轉(zhuǎn)錄后mRNA的可變剪接，Titin可變剪接異常與人類的擴(kuò)張型心肌病和心臟衰竭相關(guān)[11-14]。研究發(fā)現(xiàn)，心臟特異的可變剪接因子Rbm24也參心臟病的發(fā)生。

RNPs與單鏈或雙鏈RNAs的結(jié)合是通過(guò)其RNA結(jié)合域 （RBDs），RBDs包括RRM、KH結(jié)構(gòu)域和鋅指結(jié)構(gòu)域等。Rbm24的N末端有一個(gè)高度保守的RRM，RRM是最常見(jiàn)并且最典型的RBDs。Rbm24的RRM由RNP1和RNP2兩個(gè)亞基構(gòu)成[15]，且從線蟲(chóng)到人都高度的保守[16]，暗示Rbm24在不同物種中發(fā)揮功能的保守性。

由于基因倍增的緣故，斑馬魚中有兩個(gè)Rbm24基因，分別是位于19號(hào)染色體的Rbm24a和位于16號(hào)染色體的Rbm24b。在斑馬魚中，Rbm24a是母源表達(dá)基因[3]。從受精后10 h開(kāi)始，Rbm24a和rbm24b在心臟原基和新形成的體節(jié)中逐漸表達(dá)；從受精后20 h起，Rbm24a在晶狀體中表達(dá)，而Rbm24b在晶狀體中沒(méi)有表達(dá)[3,17]。因此，斑馬魚的Rbm24a基因與小鼠、非洲爪蛙等其他脊椎動(dòng)物的rbm24基因的表達(dá)圖式是高度保守的[2-4,16]。通過(guò)DNAMAN等生物信息學(xué)軟件分析表明，不同物種Rbm24氨基酸序列高度保守：不僅在小鼠和人中保守，在豬、牛等家畜中也非常的保守，尤其是在RRM區(qū)域（如圖1）。氨基酸序列比對(duì)分析表明，小鼠Rbm24與人、豬、牛、雞、非洲爪蛙、斑馬魚和馬Rbm24同源性依次為：98.73%、98.31%、98.31%、91.56%、89.50%、82.28%、77.12%。其氨基酸序列的保守性暗示其在不同物種中的功能也相對(duì)保守。對(duì)于Rbm24功能的研究，目前主要集中在調(diào)控骨骼肌和心肌細(xì)胞發(fā)育和分化方面，對(duì)肌節(jié)組裝和心臟收縮具有重要作用[2-5]。

圖1 小鼠與其他物種Rbm24氨基酸序列比較分析

2 Rbm24的功能

2.1 Rbm24與心臟的分化和發(fā)育

研究發(fā)現(xiàn)，RNA剪接是心臟功能正常的基礎(chǔ)，心臟關(guān)鍵基因的可變剪接異?？蓪?dǎo)致心臟疾病的發(fā)生和惡化[18-20]。已有多個(gè)RBPs引發(fā)的可變剪接異常被證明在心臟疾病的發(fā)生和惡化過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，例如RBM20突變體能引發(fā)多個(gè)心臟基因，如Titin、CamkIIδ和RyR2等的錯(cuò)誤剪接導(dǎo)致早發(fā)性擴(kuò)張型心肌病[11]。最近研究發(fā)現(xiàn)，Rbm24在心肌細(xì)胞分化[21,22]、形成[3,4]、增殖[23]、纖維化[24]等環(huán)節(jié)起更加重要作用。Rbm24通過(guò)將胚胎干細(xì)胞多能性剪接變體向組織特異性剪接變體的轉(zhuǎn)變，降低胚胎干細(xì)胞的多能性，促進(jìn)細(xì)胞向特異方向的分化，從而誘導(dǎo)心肌細(xì)胞形成[21,22]。在小鼠的心臟發(fā)育過(guò)程中，Rbm24調(diào)控了至少68種可變剪接事件，其中Naca、Fxr1和Abcc9的可變剪接已被證明是心臟發(fā)育、肌節(jié)形成和心肌病的基礎(chǔ)[4]，可見(jiàn)Rbm24在心臟分化和發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用。

2.2 Rbm24與骨骼肌分化和發(fā)育

骨骼肌是一個(gè)具有大量可變剪接事件的組織，肌肉特異蛋白剪接變體的表達(dá)對(duì)肌肉的發(fā)育和功能是必須的[25,26]。在骨骼肌的分化過(guò)程中，基因的表達(dá)在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平受到嚴(yán)格的調(diào)控。Rbm24在骨骼肌肌細(xì)胞的分化[2,27,28]、形成和再生[29-31]過(guò)程中發(fā)揮重要作用。敲低Rbm24后，阻礙非洲爪蛙肌細(xì)胞的形成[5]，導(dǎo)致斑馬魚體節(jié)發(fā)育異常[17]，在小鼠中條件性敲除Rbm24后則導(dǎo)致肌小節(jié)M帶的缺失[4]。以上結(jié)果表明，Rbm24在骨骼肌分化和發(fā)育過(guò)程中具有重要作用。

2.3 Rbm24與鼻咽癌

鼻咽癌（NPC）是一種高度惡性的腫瘤，經(jīng)常侵入鄰近區(qū)域并轉(zhuǎn)移到局部淋巴結(jié)和比較遠(yuǎn)的器官。盡管鼻咽癌早期可以進(jìn)行放射性治療，但是治療結(jié)果并不可觀[32,33]。轉(zhuǎn)移相關(guān)的肺腫瘤轉(zhuǎn)錄因子MALAT1在多種人類腫瘤中高度表達(dá)，能夠促進(jìn)CNE-1細(xì)胞的增殖、遷移和入侵[34]，其下調(diào)則起到相反的效果[35]。在NPC中，Rbm24作為一個(gè)新的NPC腫瘤抑制因子，通過(guò)上調(diào)miR-25促進(jìn)靶基因MALAT1通過(guò)依賴Argonaute2(Ago2)的方式降解，抑制腫瘤發(fā)生和入侵[6]。

2.4 Rbm24與巨結(jié)腸癥

先天性巨結(jié)腸癥（HSCR）是出生時(shí)腸神經(jīng)系統(tǒng)紊亂最常見(jiàn)的疾病，發(fā)病率為五千分之一到二千分之一，這種神經(jīng)發(fā)育性出生缺陷是由于腸基層和包括不同胃腸道區(qū)域的粘膜下叢缺乏壁內(nèi)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞所致[36]。因此，任何腸神經(jīng)脊細(xì)胞（ENCCs）的存活、增殖或遷移異常都會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)端腸道神經(jīng)節(jié)細(xì)胞缺乏癥[37]。研究發(fā)現(xiàn)，在HSCR患者中，MIR143HG表達(dá)上調(diào)，上調(diào)MIR143HG則促進(jìn)Rbm24的表達(dá)，過(guò)表達(dá)的Rbm24將更多的富集在細(xì)胞核；然而，Rbm24在細(xì)胞核中既可與MIR143HG mRNA結(jié)合通過(guò)降低其轉(zhuǎn)錄本的半衰期降低其穩(wěn)定性，又可促進(jìn)Ago2介導(dǎo)的RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體（RISC）與MIR143HG mRNA的結(jié)合促進(jìn)其降解。因此MIR143HG與Rbm24形成一個(gè)負(fù)反饋環(huán)調(diào)控HSCR[7]，以維持細(xì)胞的內(nèi)穩(wěn)態(tài)[38]。

2.5 Rbm24與肝炎

丙型肝炎病毒（HCV）的基因組RNA釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，首先作為模板進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成，蛋白質(zhì)合成結(jié)束后則進(jìn)行RNA的復(fù)制，RNA的復(fù)制起始于基因組RNA作為模板合成的反義RNA鏈。但是，這種從翻譯向復(fù)制的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換機(jī)制并不清楚。基因系列分析發(fā)現(xiàn)，感染丙型肝炎病毒（HCV）后，Rbm24表達(dá)上調(diào)，其通過(guò)與HCV 5’UTR結(jié)合抑制60S核糖體的招募，影響80S核糖體的組裝，進(jìn)而抑制HCV的翻譯；同時(shí)，Rbm24通過(guò)連接HCV的 5’UTR和3’UTR促進(jìn)HCV的復(fù)制。敲低Rbm24的表達(dá)則增強(qiáng)和延長(zhǎng)HCV的翻譯，并使從翻譯向復(fù)制的開(kāi)關(guān)延遲。以上結(jié)果表明，Rbm24抑制HCV的翻譯，促進(jìn)復(fù)制，并在調(diào)控病毒從翻譯到復(fù)制的開(kāi)關(guān)方面具有重要作用[8]。在感染HBV病毒的肝癌細(xì)胞系中的研究發(fā)現(xiàn)，合適的Rbm24水平是HBV正常復(fù)制的必須，敲低或者過(guò)表達(dá)Rbm24均降低HBV的復(fù)制。究其原因，一方面是Rbm24主要通過(guò)其RNP1和RNP2與乙型肝炎病毒RNA的3’UTR相互作用增強(qiáng)乙型肝炎病毒RNA的穩(wěn)定性；另一方面是Rbm24主要通過(guò)其RRM與乙型肝炎病毒前基因組RNA（pgRNA）的5’UTR相互作用阻礙pgRNA上80S核糖體的組裝進(jìn)而抑制核心蛋白的翻譯[9]。以上結(jié)果表明Rbm24是調(diào)控病毒復(fù)制與翻譯的重要宿主基因，盡管其調(diào)控機(jī)制尚不清晰。

3 Rbm24的可能調(diào)控機(jī)制

3.1 調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性

Rbm24對(duì)mRNA穩(wěn)定性的調(diào)控主要是通過(guò)其RRM與mRNA的3’UTR結(jié)合，延長(zhǎng)或縮短mRNA的半衰期：如在骨骼肌發(fā)育方面，Rbm24結(jié)合肌細(xì)胞分化因子Myogenin成熟mRNA的3’UTR，通過(guò)延長(zhǎng)其半衰期增強(qiáng)其穩(wěn)定性和促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞的分化[2,27,28]。另外，Rbm24也通過(guò)類似的原理調(diào)控p21和p63的表達(dá)：增強(qiáng)p21 mRNA的穩(wěn)定性上調(diào)p21的表達(dá)[15]，降低p63 mRNA的穩(wěn)定性下調(diào)p63的表達(dá)[39]。Rbm24在調(diào)控mRNA穩(wěn)定性方面，除結(jié)合mRNA的3’UTR之外，還可以結(jié)合CDS區(qū)，如在心臟發(fā)育方面，Rbm24可與chrm2 mRNA的CDS結(jié)合降低其穩(wěn)定性[40]。

3.2 調(diào)控mRNA的可變剪接

在心臟分化和發(fā)育過(guò)程中，Rbm24作為可變剪接調(diào)控因子調(diào)控多個(gè)基因的可變剪接，且大部分是促進(jìn)肌肉特異外顯子的包含，如胚胎期小鼠基因Naca、Fxr1、Abcc9[4]，成年小鼠心臟基因Pln、Pdlim5和Ttn[41]，以及enh1[23]，其可變剪接異常均可導(dǎo)致不同程度的心臟疾病。研究發(fā)現(xiàn)，Rbm24對(duì)心臟基因可變剪接調(diào)控可能是依賴于Stk38對(duì)Rbm24的磷酸化和穩(wěn)定性的調(diào)控，敲低Stk38的表達(dá)則降低心肌細(xì)胞中Rbm24的蛋白水平和依賴于Rbm24的可變剪接事件，導(dǎo)致肌節(jié)蛋白的下調(diào)和肌節(jié)組裝異常[42]。在骨骼肌分化和發(fā)育過(guò)程中，Rbm24同樣調(diào)控了多個(gè)基因的可變剪接事件，如Coro6、Fxr1和NACA，其可變剪接異常則影響肌細(xì)胞的正常形成和發(fā)育[4]。Rbm24對(duì)骨骼肌基因的可變剪接調(diào)控是受控于miR-222的，miR-222可以結(jié)合Rbm24 mRNA 3’UTR中的結(jié)合位點(diǎn)Rb-1和Rb-2，進(jìn)而調(diào)控Rbm24的表達(dá)[43]。過(guò)表達(dá)miR-222則下調(diào)Rbm24的表達(dá)，影響肌細(xì)胞的融合和肌細(xì)胞中Coro6、Fxr1和NACA的可變剪接[43]。

4 總 結(jié)

Rbm24作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子，通過(guò)多種途徑在心臟和骨骼肌分化和發(fā)育、抗癌癥、抗巨結(jié)腸癥和調(diào)控病毒復(fù)制和翻譯方面發(fā)揮重要作用。目前對(duì)于其在心臟和骨骼肌分化和發(fā)育方面的功能研究比較深入，主要是調(diào)控靶基因mRNA的穩(wěn)定性或前體RNA的可變剪接。盡管Rbm24在牛、羊、馬等家畜中研究甚少，但其氨基酸序列和在脊椎動(dòng)物中調(diào)控肌細(xì)胞分化和發(fā)育的保守性暗示其對(duì)提升家畜肉質(zhì)和增加肉產(chǎn)量具有潛在的價(jià)值，而其在病毒復(fù)制和翻譯方面的研究也將為畜禽疫病的防治提供參考依據(jù)。

Rbm24還可結(jié)合大量參與調(diào)控細(xì)胞骨架、泛素化調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)水解、癌癥和黏著斑等相關(guān)基因，但相關(guān)的研究還比較少。在脊椎動(dòng)物中，Rbm24除了保守地表達(dá)在心臟和骨骼肌外，還特異地表達(dá)在晶狀體和耳囊中。但是，Rbm24在晶狀體和耳囊的發(fā)生和發(fā)育方面的功能卻鮮有報(bào)道，其是否也作為組織特異性可變剪接因子調(diào)控相關(guān)基因的可變剪接，還是通過(guò)調(diào)控相關(guān)基因mRNA的穩(wěn)定性調(diào)控表達(dá)，亦或有其他新的調(diào)控機(jī)制，還有待相關(guān)研究。