果蝇假尿苷修饰组学分布及在生殖细胞发育中的功能研究

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假尿苷是最早被发现的RNA修饰,由尿苷异构化产生,含量十分丰富,一度被认为是“第五种核苷”。假尿苷广泛存在于核糖体RNA、转运RNA、核仁小RNA等非编码RNA中,在RNA剪接、蛋白翻译等重要生物学过程中发挥着关键的作用。2014年以来,一系列研究表明,假尿苷修饰也存在于mRNA上。科学家们使用相似的建库方法,测定了酵母、小鼠及人类细胞mRNA的假尿苷修饰。  本研究首次测定了模式生物果蝇的假尿苷修饰,揭示了果蝇假尿苷修饰的表观转录组学分布特征。我们发现,在果蝇mRNA中,假尿苷也是一种含量丰富的修饰。通过基于CMC化学方法的建库测序,一共预测到了四百多个mRNA上的修饰位点。相对来说,假尿苷修饰在CDS区分布较多,3UTR次之,5UTR最少。这一分布特征与哺乳动物mRNA相似。  本研究还测试了一种假尿苷修饰RNA免疫共沉淀(Ψ-RIP)的方法,并结合RT-qPCR及高通量测序等下游分析,优化了Ψ-RIP的条件。对哺乳动物细胞mRNA的Ψ-RIP高通量测序数据初步分析发现,mRNA上存在数千个Ψ-富集峰,里面包含潜在的假尿苷修饰位点。相对于CMC化学方法的建库测序,使用抗体进行RIP-Seq,找到了更多的潜在修饰区域,但分辨率不高。  质谱数据显示mRNA上的假尿苷修饰含量丰富,但是化学方法测序预测的位点却较少,预示着可能有很多的假尿苷修饰位点仍然没有被发现。Ψ-RIP测试所用的抗体,虽然能够有效富集含有假尿苷的RNA,但是结合能力较差,更进一步的研究可能需要性能更好的抗体。  在果蝇中对假尿苷合酶进行敲低,筛选雄性生殖系统表型发现,当pusl1敲低之后,果蝇的早期生殖细胞发生了过度增殖。当使用CRISPR/Cas9基因编辑系统拿到pusl1的突变体后,这一表型得到了验证。过表达野生型PUSL1,表型可以被部分拯救,而过表达酶活位点突变型PUSL1则不行。经过对精子发生早期事件的调查,我们认为是精原细胞正常的分化受到了影响,可能与Bam有关。受技术条件的限制,我们没有进行果蝇精巢的假尿苷修饰测序,而是进行了转录组测序。分析测序数据发现,野生型与突变体中,差异表达的基因较少,且涉及的基因与精子发生过程无关。差异剪接的240个相关基因,通过GO分析,有12个基因富集到了“精子发生”类别。影响RNA剪接,正是假尿苷修饰的功能之一。我们猜想这些基因可能是PUSL1的底物,在突变体中不能发生假尿苷化,从而产生了异常的剪接,最终影响了精原细胞的正常分化。鉴于目前无法直接使用假尿苷测序来验证这一猜想,我们希望可以通过开发出其他灵敏度更高的假尿苷修饰测序方法加以验证。
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