动态的、可逆的DNA和RNA修饰调节基因的表达和转录，从而影响细胞过程、疾病发展和整体机体健康。小核核RNA （snoRNAs）是一组常见但被忽视的向导RNA分子，它们引导细胞核糖体RNA （rRNA）目标的化学修饰，就像剧院里的引座员指引人们到座位上一样。
芝加哥大学的研究人员最近开发了一种新方法来识别snoRNAs的新细胞RNA靶点。他们在人类细胞和小鼠脑组织中发现了数千个以前未知的snoRNAs靶标，其中包括许多除了指导rRNA修饰之外的功能。一些新发现的与信使RNA （mRNA）的相互作用促进了蛋白质的分泌，这是一个重要的细胞过程，可以用于潜在的治疗和生物技术应用。
“一旦你看到这些snorna的这么多靶标，你就会意识到还有很多东西需要理解，”芝加哥大学约翰·t·威尔逊杰出服务化学教授、生物化学和分子生物学教授、该论文的共同资深作者Chuan He博士说。“我们已经看到它们在蛋白质分泌中发挥作用，这对生理学有重大影响，它为研究数百种其他snorna提供了一条途径。”
这篇题为《转录组范围内的snoRNA靶标鉴定揭示了snoRNA促进的蛋白质分泌》的论文于2024年11月发表在《细胞》杂志上。
用于蛋白质分泌的分子胶
在人类基因组中，有超过1000个已知的编码snoRNAs的基因，但科学家们只确定了其中约300个的RNA靶标。这些靶点主要涉及核糖体RNA和参与mRNA剪接的小核RNA的指导修饰。自snorna首次被发现以来的几十年里，研究人员基本上没有对剩下的700种进行干预，假设它们具有类似的功能。然而，与其他长度相同的引导RNA分子（如microrna）不同，snorna的长度在50-250个残基之间变化很大，这表明它们可以做许多不同的事情。
在过去的12年里，他的实验室开发了几种生物化学和测序技术，用于研究转录、DNA修饰和RNA修饰。在这项新研究中，他与共同资深作者、生物化学和分子生物学教授潘涛博士合作，测试了一种名为“snoKARR-seq”的新工具，该工具将snoRNAs与其目标结合rna连接起来。刘蓓，博士，芝加哥研究员博士后，他是何和潘的共同导师，领导了这个项目。
潘说：“川的实验室开发了这种杀手级技术，以准确地观察每个snoRNA在转录组水平上与什么RNA相互作用。”“现在有很多开放的空间来全面了解这1000个人类基因（编码snorna）的作用。”
大多数新发现的snoRNA靶点不与已知的RNA修饰位点重叠，这表明snoRNA在细胞中可能具有更广泛的功能。一个意想不到的发现是，一种名为SNORA73的snoRNA与编码分泌蛋白和细胞膜蛋白的mrna相互作用。蛋白质分泌是蛋白质从细胞内转运到细胞外空间的基本生物学过程，对细胞间的通讯、免疫反应和消化等多种功能至关重要。研究人员发现，SNORA73在mRNA和蛋白质合成机制之间起着“分子胶”的作用，有助于促进这一过程。
对SNORA73如何与mRNA结合的进一步分析表明，合成的snoRNA序列可以通过工程设计来影响蛋白质分泌。研究人员通过调整绿色荧光蛋白（GFP）报告蛋白与SNORA73相互作用来验证这一假设。gfp通常被引入细胞中，使它们在特定条件下发光，这样科学家就可以看到实验的效果。当研究人员用可以从细胞分泌的工程GFP表达SNORA73基因时，它比对照组增加了30%到50%的蛋白质分泌。
这些实验表明，他们可以利用snoRNA机制来操纵特定蛋白质的分泌，这可能对开发治疗方法有用。例如，如果一种人类疾病涉及分泌蛋白质的缺乏，那么生物工程师可以劫持该系统来传递人工snorna以增加该蛋白质的分泌。
“这个领域是开放的”
虽然合成snorna并将其传递到正确位置的技术还不完全成熟，但He和Pan都相信这些挑战可以解决，因为它建立在先前使用其他形式RNA的技术进步的基础上。他们还认为，由于snorna是特定于细胞类型的，因此它们在其他地方可能具有更多样化的功能和治疗可能性。
“想想神经元细胞、干细胞或癌细胞。我们可以研究的细胞类型太多了。所以，我认为这个领域是开放的。”“陶和我已经合作了15年多，这是芝加哥大学生物科学部和物理科学部合作的一个很好的展示。这篇论文是这种合作开辟生物学新领域的另一个例子。”
该研究的其他作者包括来自芝加哥大学的吴彤、Bernadette A. Miao、季飞、刘顺、王平栾、赵宇涛、钟宇浩、Arunkumar Sundaram、tibo Zeng、Marta Majcherska-Agrawal和Robert J. Keenan。
