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RNA剪接是真核生物基因转录后加工的重要环节,其中选择性剪接极大地促进了基因表达的复杂性,在生物个体发育、组织和性别分化、疾病发生和诊断等过程中发挥着关键作用。在分子水平上,RNA剪接是将前体RNA中的内含子去除、外显子连接形成成熟RNA的过程,而选择性剪接是在一系列RNA顺式元件和蛋白因子的调控下选择剪接位点,最终形成多种剪接形式。本论文包括两部分,分别是鳞翅目昆虫doublesex基因的选择性剪接顺式作用元件研究和人SR-like蛋白CAPER在RNA剪接过程中的分子作用机制研究。 第一部分:鳞翅目昆虫doublesex基因的选择性剪接顺式作用元件研究 Doublesex(dsx)是昆虫性别决定通路下游的关键调节基因。在双翅目昆虫果蝇中,Dm-dsx基因被上游Tra以性别特异性的方式进行调控,雌性个体中,有功能的Tra复合物能够结合Dm-dsx上的dsxRE序列,促进Dm-dsx进行雌性特异性的剪接。家蚕dsx基因共有6个外显子,雌性剪接形式包括1-6外显子,雄性dsx缺少3和4外显子,然而鳞翅目昆虫的性别决定通路研究还不完善,dsx基因重要的选择性剪接顺式作用元件和上游调控因子均不清楚。本研究以三种鳞翅目昆虫,包括家蚕和两种农业害虫亚洲玉米螟、棉铃虫为材料,研究鳞翅目dsx基因的选择性剪接调控机制。 研究发现:(1)在鳞翅目雌性个体中dsx基因具有多种选择性剪接形式,并且在已检测的不同发育时期和组织中都有表达;(2)鳞翅目dsx基因剪接位点强度分析和进一步实验证明intron3上5剪接位点非常弱,表明在雌性中该剪接位点被选择需要顺式元件和反式因子的参与;(3)在鳞翅目dsx中找到6个高度保守的RNA顺式作用元件,分别命名为:Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ, E3-1和E3-2,RNA元件Ⅲ和Ⅳ是之前报道的Bm-PSI蛋白结合位点,能够抑制雌性特异外显子3和4剪接进雄性Bm-dsx;(4)实验表明雌性特异外显子3上的顺式元件E3-1和E3-2参与了Bm-dsx性别特异性剪接调控,它们的突变能够减少exon3保留到雌性特异Bm-dsx中,表明这两个RNA元件可能是外显子上的增强子,促进鳞翅目dsx基因intron3上弱5剪接位点的识别;(5) dsx mini-gene实验证明RNA顺式作用元件Ⅱ的突变能够改变雌性特异剪接形式dsxF1和dsxF2的比例;(6)亚洲玉米螟和棉铃虫中Bm-psi的同源基因Of-psi和Ha-psi没有性别特异性剪接,并且表达量也没有雌雄差异。 结论:鳞翅目dsx第三内含子的5剪接位点相对较弱,使第三内含子上很多潜在的剪接位点被选择,导致dsx基因产生多种雌性剪接形式。而弱的5剪接位点的激活需要第三外显子上一些RNA顺式作用元件招募潜在的反式作用因子,从而促进外显子3保留在dsx的雌性特异剪接形式中。 第二部分:SR-like蛋白CAPER的分子作用机制 CAPER是SR-like蛋白,具有一个RS结构域和3个RRM,是激活蛋白(activation protein-1,AP1)和雌激素受体(estrogen receptor,ER)的转录共激活因子,促进基因的转录。CAPER最早在肝癌中发现,在乳腺癌中也有高表达,可以调节Rel/NF-κB的致癌活性,与剪接因子SC35共定位在核散斑中,能调节VEGF的选择性剪接。在酵母中,CAPER同源蛋白Rsd1能够与Prp5相互作用,对剪接体早期组装具有重要作用。然而CAPER是如何参与剪接体组装、如何调控重要基因的RNA剪接,其具体的作用机制还不清楚。论文的这一部分以人细胞系为对象,开展了CAPER的分子作用机制研究。 研究发现:(1)CAPER与众多剪接因子尤其是U2 snRNP相关组分具有不依赖RNA的相互作用,表明CAPER参与了RNA剪接复合体的组装过程;(2)CAPER能够结合U2 snRNA、U4/U6 duplex,进一步证明CAPER在RNA剪接过程中参与剪接体的组装与调控;(3)CAPER偏向于结合外显子中靠近剪接位点附近区域,作为反式调控因子与剪接体其他组分相互作用,调控基因的组成型剪接和选择性剪接;(4)CAPER结合CUGAUG序列,识别这一顺式作用元件参与下游基因的表达调控;(5)RNAi沉默CAPER的表达影响了癌症相关基因ZFAS1与MDH1的选择性剪接。 结论:本论文研究发现,作为剪接因子,CAPER结合U2 snRNA,并与U2snRNP的多个蛋白组分相互作用,参与剪接体早期组装,同时结合pre-mRNA上的CUGAUG顺式元件,调控下游基因ZFAS1与MDH1等的选择性剪接。此外,CAPER还可以结合U4/U6 duplex,参与剪接体组装的不同阶段。