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糖基化修饰RNA?RNA对糖具有意想不到的吸引力

2019/10/18 17:14:31      点击:

已知称为聚糖的糖分子能够附加在蛋白质和脂质分子上,以指引蛋白质如何折叠以及其功能。上周发表在bioRxiv上的一项研究(bioRxiv 2019,DOI:10.1101 / 787614)报道,糖基也同样能够结合到RNA分子上!这一发现可能颠覆了经典的生化教条,并暗示了RNA和糖基化的新作用——前提是如果这些结果能够通过同行评审并得到其他团体的重复实验证实。

哈佛大学糖生物学家Richard Cummings表示:“如果得到验证,我认为这将为研究此类RNA修饰的结构和功能开辟新的途径。”

由斯坦福大学化学生物学家Carolyn Bertozzi领导的研究小组发表了第一个糖基化修饰RNA的报告。文章存在的问题多于答案。麻省理工学院化学生物学家Laura Kiessling表示:“他们的数据确实具有启发性,但是这如何发生存在很多疑问。”

Bertozzi说,这项发现源于她在实验室对糖基化蛋白质进行研究时的一次偶然发现。为了追踪这些蛋白质,她实验室的科学家用带有可用成像探针标记位点的前体糖,代谢性标记了细胞,博士后Ryan Flynn使用这种代谢标签技术来标记糖蛋白,但惊讶地发现它已经标记了他认为是纯化的RNA。

“我认为实验室中没有其他人能意识到这种标记分子类型,认为它们不外乎蛋白质和脂质,” Bertozzi说。但是,Flynn是跟随斯坦福大学的RNA生物学家霍华德·张(Howard Chang)完成其博士学位的,因此他开始思考RNA,他开始更加深入研究。

为了鉴定被标记的分子类型,Flynn尝试对其进行降解。蛋白酶无效,DNase也无效。但是核糖核酸酶确实有效——这暗示糖标记的分子可能以某种方式含有RNA。

Bertozzi说:“起初,我们没人相信它。”但是研究小组在几种不同的情况下观察到了这些“ glycoRNA”。Flynn在培养的人类宫颈癌(HeLa)细胞中进行了最初的观察,因此他的下一步就是分析其他细胞。 Flynn在人类胚胎干细胞,小鼠白血病细胞,仓鼠卵巢细胞以及活体小鼠中都观察到了糖基化RNA

研究人员发现,聚糖仅附着在小RNA上,一种称为Y RNA的类型。此类RNA已知用于监督RNA蛋白质复合物的质量控制。

为了了解有关糖基化RNA组成的更多信息,研究人员将从经过代谢标记的HeLa细胞中纯化的RNA暴露于一系列能切割糖基不同部分的工具酶,结果表明,附着于RNA的聚糖是通过一系列酶促步骤建立的,而这些步骤通常发生于蛋白质的N-糖基化。

到目前为止,Bertozzi和Flynn的实验还没有解决有关RNA在细胞中如何以及在何处可能被糖标记的问题。蛋白质大多在细胞分泌途径(内质网和高尔基体)中获得其糖基化标签,其中一部分新合成的蛋白质被折叠,糖基化并包装在小泡中,以转运至细胞器或细胞膜以分泌。但是,已知RNA不存在于这些区室中。

哥本哈根大学的糖生物学家Hiren Jitendra Joshi说:“认为RNA上具有糖基化(按说实际上不应该满足这种糖基化机制),这可真是令人惊讶。

Bertozzi推测这些小RNA可能通过转运蛋白以某种方式进入内质网和高尔基体腔。她说,尽管没有已知的转运蛋白可以执行这种操作,但是有几种生物体可制造能够使RNA穿过膜的转运蛋白。

哈佛大学的Cummings说,RNA通过高尔基体和内质网的可能行程是“另一个神秘途径”。他说,要考虑的另一种可能性是RNA根本不与这些细胞器相互作用。聚糖可附着于细胞质中的RNA。

该研究还没有确定这种附着是如何发生的。Joshi说,了解两个生物分子之间的联系将有助于揭示它们相互作用的机制和功能。他说:“真正好看的将是直接对RNA上的聚糖进行一些检测,因为可以用很多不同的方法来解释这一点。”例如,聚糖可能与蛋白质结合,而蛋白质又与RNA结合。

Bertozzi的实验室进行了一些实验,试图了解什么将糖和RNA结合在一起。通过蔗糖梯度运行glycoRNA提示连接两个组分的分子不大于小RNA本身。最初,研究人员认为RNA可能与RNA非共价结合,“但是如果那是真的,那一定是我见过的最稳健的非共价结合,因为除非我们用RNase或从蛋白质中切断N-聚糖的酶消化,否则我们无法将这两个分子分开, ” Bertozzi说。

“所有证据都表明聚糖通过某种共价网络以某种方式与RNA连接,” Bertozzi说,“不管是什么,它对蛋白酶都不敏感。”

当然,最大的谜团是糖基化RNA在细胞中起什么作用。到目前为止,研究人员对其功能一无所知。她说,Bertozzi的研究小组发现在某些自身免疫性疾病(例如狼疮)中存在被N-聚糖修饰的RNA类型的“惊人比例”,它们能被免疫系统识别。但是这种分子如何影响免疫调节尚不清楚。

当Bertozzi和Flynn发送预印本并要求同事提供意见时在Twitter上引起轰动。她说,该论文最终将接受同行评审,但是“这太奇怪了,我们只想将其发布并获得反馈。”该小组现在计划进一步研究聚糖和RNA如何连接的化学细节。 Bertozzi说,首要任务是开发新的分析工具,以研究“怪异的混合生物聚合分子”。