研究揭示RPD1蛋白介導(dǎo)線粒體內(nèi)含子剪接的分子機制

線粒體基因的表達(dá)、生物生成和功能實現(xiàn)主要依賴于核基因編碼蛋白。這一過程主要通過轉(zhuǎn)錄后水平進(jìn)行調(diào)控，包含了廣泛的內(nèi)含子剪接事件。在高等植物中，絕大多數(shù)線粒體內(nèi)含子屬于能夠自我剪接的II類內(nèi)含子。然而，由于植物線粒體基因的異質(zhì)性，其內(nèi)含子失去了自我剪接的能力，因而必須依靠核編碼的蛋白質(zhì)因子來輔助完成剪接過程。這些剪接因子參與內(nèi)含子剪接的特異性高度可變，一些剪接因子（即特定剪接因子）參與一個或少數(shù)幾個內(nèi)含子剪接；另一些剪接因子（即通用剪接因子）參與了數(shù)量眾多的內(nèi)含子剪接事件。然而，這些剪接因子如何參與剪接反應(yīng)的分子機制尚不清楚。

2024年2月14日，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院王傳德課題組在核酸領(lǐng)域**期刊Nucleic Acids Research發(fā)表了題為“Temperature-sensitive splicing defects in Arabidopsis mitochondria caused by mutations in the ROOT PRIMORDIUM DEFECTIVE 1 gene”的研究論文，揭示了PORR蛋白家族的RPD1蛋白直接參與多個線粒體內(nèi)含子的剪接。研究指出，RPD1基因的兩個溫度敏感性突變對其參與內(nèi)含子剪接的功能產(chǎn)生了影響，從而證明了高溫條件下突變體的不定根發(fā)育異常主要是由于RPD1與線粒體內(nèi)含子的結(jié)合能力降低，進(jìn)而損害了線粒體的功能，而并非由于RPD1直接參與調(diào)控擬南芥不定根的形成。此外，RPD1蛋白與目標(biāo)內(nèi)含子的多個不同區(qū)域相結(jié)合，表明RPD1在內(nèi)含子剪接過程中可能具有多樣性機制。

RPD1基因最初因其在調(diào)控植物根原基發(fā)育中的作用而被發(fā)現(xiàn)，其編碼蛋白對根系發(fā)育具有關(guān)鍵影響。因突變導(dǎo)致根發(fā)育異常，故命名為Root Primordium Defective 1。該基因的兩種溫度敏感突變體在常溫（22°C）下能形成不定根，而在高溫（28°C）下則不能。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，RPD1蛋白是一個包含15個成員的蛋白家族中的一員，該家族中有三個成員隨后被發(fā)現(xiàn)參與了線粒體或葉綠體內(nèi)含子剪接，引發(fā)了RPD1可能參與細(xì)胞器RNA轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的猜想，盡管其在根發(fā)育中的確切作用仍然不明。

為闡明RPD1的分子功能，首先確定了RPD1蛋白在細(xì)胞中的定位，發(fā)現(xiàn)其主要定位于線粒體，這與之前的核定位假設(shè)相悖。對rpd1部分回補突變體植株的深入分析發(fā)現(xiàn)，RPD1對于多個線粒體的內(nèi)含子剪接至關(guān)重要，從而證實了其在線粒體剪接中的廣泛作用。這一作用與RPD1 的敲除突變體所展現(xiàn)的呼吸鏈缺陷及胚胎致死現(xiàn)象相一致。此外，在不同溫度（22°C和28°C）下對rpd1溫度敏感突變體的分析顯示，高溫（28°C）加劇了線粒體內(nèi)含子剪接的缺陷，顯著降低了線粒體活性，進(jìn)而抑制了包括根原基細(xì)胞在內(nèi)的細(xì)胞分裂。根發(fā)育的抑制主要由線粒體功能障礙引起，而非RPD1基因直接參與根形態(tài)構(gòu)建。通過RIP-seq分析確認(rèn)了RPD1直接與線粒體內(nèi)含子相結(jié)合，且其結(jié)合位點跨越不同內(nèi)含子的多個區(qū)域，而這些結(jié)合序列間并無顯著同源性，這暗示了RPD1參與內(nèi)含子剪接過程的復(fù)雜性與多樣性。

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