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sORF编码的功能多肽来自哪里?

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发表于 2019.4.2 09:44:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
上一期我们介绍了sORF编码的多肽(sORF encoded polypeptides, SEPs)具有多种多样的生物学功能,那么我们可能会进一步疑问,这些sORF来自哪里呢?这些SEPs是由什么序列翻译而来的?今天我们就来具体介绍三类由ncRNA编码的多肽。
目前,主要有三类noncoding RNA上含有sORFs,可能可以翻译成功能小肽:pri-miRNA、lncRNA和circRNA。这些过去被认为“非编码”的RNA分子,其实上面也含有一个或一个以上的sORFs,可以翻译成100个氨基酸以下的小肽。

只是我们一般的基因注释流程都默认过滤掉100aa以下的蛋白,认为这些是噪音,是假阳性的结果。因此一直以来都被忽略。而随着翻译组(ribo-seq)技术的普及,人们才发现了这些“非编码”RNA分子其实也是普遍翻译的,这才打开了小肽研究的大门。


图1 三类noncoding RNA可编码多肽

pri-miRNA

miRNA是众所周知的基因转录调控分子,可通过碱基互补配对结合到靶基因上,降解靶基因或者抑制靶基因的翻译。成熟的miRNA是由初级转录本pri-miRNA经过一系列核酸酶的剪切加工产生的。由于pri-miRNA也跟蛋白编码基因一样是由RNA聚合酶II转录而来,因此我们有理由猜测pri-miRNA也可以编码蛋白或多肽。
近几年不少文章已报道,pri-miRNA确实可以翻译成多肽,这些由miRNA初级转录本编码的多肽称为miPEPs。miPEPs可促进相应miRNA的转录。在植物中已有不少的miPEPs被报道具有生物学功能。如苜蓿pri-miR171b和拟南芥pri-miR165a都含有sORF,可分别翻译成名为miPEP171b和miPEP165a的小肽,这些小肽可促进对应pri-miRNA的转录,使miRNA累积,从而抑制侧根发育,促进主根的生长[1]。
由于miRNA在人、动物、植物中都非常保守,因此我们有理由相信哺乳动物中的pri-miRNA也可以编码功能多肽。在2017年首次报道,人类细胞中的pri-miRNA(miR-200a和miR-200b)可编码多肽(miPEP-200a和miPEP-200b),这些多肽通过调控前列腺癌细胞从上皮到间充质的转变来抑制癌细胞的转移[2]。


图2 pri-miRNA编码多肽miPEP-200a和miPEP-200b及其功能

lncRNA

我们对lncRNA的定义是:长度大于200nt,且不含有大于100个氨基酸的ORF,这些RNA分子被称为长“非编码”RNA(long non-codingRNA)。而事实上,lncRNA上可以含有很多个sORF,这些sORF可以编码长度小于100aa的具有生物活性的多肽,近年来这些由lncRNA sORF编码的生物活性小肽越来越多地被报道。
例如,果蝇中的tarsal-less(tal) lncRNA编码了一个多肽,可以调控上皮细胞的分化[3]。另外,果蝇中还有三个由sORF编码的生物活性小肽,参与了钙离子运输,从而影响心脏肌肉的收缩。这些小肽与脊椎动物的肌脂蛋白和受磷蛋白具有很高的保守性[4]。

小鼠中一个由lncRNA编码的46个氨基酸的小肽Myoregulin(MLN),可以调控肌浆网中的钙离子转运,从而调控肌肉的运动能力[5]。



图3 小肽MLN可调控肌浆网中的钙离子转运

circRNA

circRNA一直以来都是科研学术界的宠儿,研究热度有增无减。最多人熟知的应该是circRNA可通过microRNA sponge作用,调控基因的转录表达。然而,它们的功能并不局限于此,研究发现circRNA上可结合核糖体,且具有内部核糖体进入位点(IRES序列),说明其可翻译为多肽,可能在生物体内行使特定的功能。
circRNA上的小开放阅读框称为cORF,如果一个circRNA具有横跨junction位点的cORF和IRES,并且有核糖体结合,那么我们可以推测其潜在可翻译。我们基迪奥就有一套完整的预测circRNA编码能力的流程,具体请查看“如何进行环状RNA编码能力分析?”

由circRNA编码的多肽在发育衰老、肿瘤发生发展等过程中具有重要的生物学功能。如我们的合作客户——中山大学附属第一医院的张弩教授,在2018年就在《Journal of the National Cancer Institute》、《NatureCommunications》等高分杂志上发表了三篇circRNA编码功能多肽的文章,分别报道了circ-FBXW7、circ-SHPRH和circPINTexon2可翻译成功能多肽,并且具有抑制胶质瘤细胞的功能[6,7,8]。因此,研究由circRNA编码的多肽,也是非常有前景的。



图4 SHPRH-146aa的生物学机制 好了,现在我们已经了解了哪些序列上存在sORF,哪些序列可能编码功能小肽了。那么,如何去预测这些sPEP呢?如何证明sORF可翻译呢?我们下期再跟您详细讲述。

拓展阅读
【科普帖】多肽的种类与生物学功能

参考文献:
[1] Lauressergues D , Couzigou J M , HélèneSan Clemente, et al. Primary transcripts of microRNAs encode regulatorypeptides[J]. Nature.
[2] Jinbo F , Sharif M , Veenan. R , et al.Decoding of Non-Coding DNA and Non-Coding RNA: Pri-Micro RNA-Encoded NovelPeptides Regulate Migration of Cancer Cells[J]. Journal of PharmaceuticalSciences and Pharmacology, 2017, 3(1):23-27.
[3] Kondo, T.; Plaza, S.; Zanet, J.;Benrabah, E.; Valenti, P.; Hashimoto, Y.; Kobayashi, S.; Payre, F.Kageyama, Y., Small peptides switch thetranscriptional activity of Shavenbaby during Drosophila embryogenesis. Science2010, 329, 336-339.
[4] Magny, E. G.; Pueyo, J. I.; Pearl, F.M.; Cespedes, M. A.; Niven, J. E.; Bishop, S. A.; Couso, J. P.Conserved regulation of cardiac calciumuptake by peptides encoded in small open reading frames. Science 2013, 341,1116-1120.
[5] Anderson D M , Anderson K M , Chang C L, et al. A micropeptide encoded by a putative long noncoding RNA regulatesmuscle performance.[J]. Cell, 2015, 160(4):595-606.
[6] Yang Y, Gao X, Zhang M, et al. Novelrole ofFBXW7 circular RNA in repressing glioma tumorigenesis[J]. JNCI: Journalof theNational Cancer Institute, 2018, 110(3).
[7] Zhang M, Huang N, Yang X, et al. Anovelprotein encoded by the circular form of the SHPRH gene suppressesgliomatumorigenesis[J]. Oncogene, 2018, 37(13): 1805.
[8] Zhang M, Zhao K, Xu X, et al. A peptideencoded by circular form of LINC-PINT suppresses oncogenic transcriptionalelongation in glioblastoma[J]. Nature Communications, 2018, 9(1).

本文作者:基迪奥小师妹
               

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