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长链非编码RNA（lncRNA），核富含丰富的转录本1_2（NEAT1_2），构成细胞核亚结构被称为“paraspeckles”。RNA结合蛋白的突变，包括TAR DNA结合蛋白43（TDP-43）和肉瘤融合/脂肪肉瘤（FUS / TLS）易位，都发生在肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）。ALS是一种破坏性的运动神经元疾病，进展迅速，上下运动神经元的完全损伤。这项研究的目的是证实paraspeckles与ALS相关的RNA结合蛋白的相互作用，并确定在ALS脊髓运动神经元的细胞核中增加paraspeckles发生频率。

原位杂交（ISH）和紫外线交联和免疫沉淀方法被用来调查ALS相关的RNA结合蛋白与lncRNA NEAT1_2的相互作用，并进行测试是否在ALS脊髓运动神经元是以paraspeckles形式。结果TDP-43和FUS / TLS丰富存在于paraspeckles，直接与NEAT1_2 lncRNA结合。paraspeckles被定位，与Cajal Bodies分离，这也被认为与RNA代谢有关。6个ALS病例的633个的脊髓运动神经元分析显示NEAT1_2 lncRNA在ALS发病的早期阶段上调。此外，NEAT1_2 lncRNA的定位被确认是通过详细的电子显微镜分析，结合NEAT1_2 lncRNA ISH方法。观察特异性组装围绕在染色质间的Granule相关区,在ALS脊髓运动神经元的细胞核证实了paraspeckle形成特性。

lncRNA NEAT1_2在ALS运动神经元的细胞核可能作为一个RNA和RNA结合蛋白支架，从而调节早期阶段的ALS的ALS相关的RNA结合蛋白的功能。这些研究结果首次提供证据paraspeckle的形成和神经退行性疾病的直接关联，并可能揭示开发新的治疗靶点对治疗ALS。

参考文献

• Nishimoto Y et al. (2013) The long non-coding RNA nuclear-enriched abundant transcript 1_2 induces paraspeckle formation in the motor neuron during the early phase of amyotrophic lateral sclerosis. Molecular Brain [Epub ahead of print]. [abstract]

细胞核亚结构paraspeckles于2002年被发现并定义, 其标志蛋白质有p54nrb、PSF和PSP1α等。目前, 已知除人源胚胎干细胞(human embryonic stemcells, hESCs)外, paraspeckles在高等哺乳动物的多种细胞系和组织中都广泛存在, 不同细胞中含有5-20个paraspeckles, 且具有一定的组织特异性。

早在2005年, Lamond等研究表明, RNase处理可破坏细胞中paraspeckles结构, 这提示paraspeckles是一种RNA依赖的亚核结构。随后的研究证明,lncRNA NEAT1(又称Men ε/β)参与了paraspeckles的组装。人NEAT1(nuclear enriched abundant transcript1)转录自第11号染色体, 可以产生两条长非编码RNA的异构体, 长度分别约为3.7 Kb和20 Kb。敲除NEAT1虽然不影响paraspeckles蛋白质组分(如p54nrb、PSF等)的表达, 却改变了这些蛋白质在细胞核中的分布以及paraspeckles的形成。这些实验结果表明NEAT1在paraspeckles的形成过程中起到了关键作用。应用活细胞成像技术等直接证据, Mao等进一步证实了不仅NEAT1、而且NEAT1的转录对于新生paraspeckles的组装至关重要。

有关paraspeckles的功能研究, Spector实验室和Carmichael实验室各自独立证明了paraspeckles参与了一些mRNA转录后的出核活动。哺乳动物细胞中部分mRNA 3′UTR中含有反向重复Alu元件(invertedrepeated Alus, IRAlus), IRAlus可以形成分子内的双链RNA, 可以被ADAR酶编辑产生从腺氨酸(adenosine,A)到次黄嘌呤核氨酸(inosine, I)的修饰(A-to-I)。Chen等研究发现, 这种在3′UTR的编辑直接导致编辑后的mRNA通过结合核蛋白质p54nrb复合体, 滞留在paraspeckles中。这是一个全新水平的调控, 即成熟的mRNA在转录和编辑之后不立即出核, 而是滞留在细胞核中, 不能进行翻译而导致相应蛋白质的低表达, 从而达到调控基因表达的目的。综上所述, NEAT1不仅对细胞核亚结构paraspeckles的形成具有决定作用, 同时还调控一系列3′UTR具有IRAlus元件的mRNA在细胞核内的滞留。更有意思的是, 虽然NEAT1在人体的各种组织和细胞中广泛表达, 但是在未分化的人源胚胎干细胞中表达极低, 而定向分化可诱导NEAT1表达量显著提高, paraspeckle结构重新形成。值得关注的是, 在未分化的人源胚胎干细胞中, 由于缺乏NEAT1和paraspeckles, 一些对于干细胞多能性维持具有重要作用的mRNA, 例如Lin28(3′UTR含有核滞留IRAlus序列)可以在转录之后快速出核, 翻译产生干细胞所需要的LIN28蛋白质, 从而提示NEAT1不仅在核亚结构形成中具有决定作用, 而且对于人源胚胎干细胞的命运决定具有重要的调控作用。

Paraspeckles介导的mRNA核滞留不仅在人源细胞中存在, 在小鼠细胞中也存在类似的调控机制。研究发现, 小鼠mCAT2基因通过可变剪切可以产生两种具有不同长度3′UTR的异构体, 其中mCAT2的3′UTR较短, 而CTN-RNA(尽管具有与mCAT2一样的编码框)的3′UTR较长, 并可以被高度A-to-I编辑修饰, 导致其滞留在细胞核的paraspeckles上。当遇到环境胁迫时, 积聚在paraspeckles上的CTN-RNA 3′UTR(含有高度的A-to-I编辑修饰)以未知的方式被除去, 与mCAT2一样的编码框并被转运到细胞浆中,快速编码mCAT2蛋白质以响应环境胁迫。

尽管在细胞水平上NEAT1和paraspeckle被证明参与基因表达调控, 然而NEAT1基因缺失的小鼠虽然不形成paraspeckle结构, 却也没有明显的表型,从而提示这些调控作用对于小鼠的正常生命活动可能不是必需的。由于Alu元件是灵长类哺乳动物所特有的序列, NEAT1和paraspeckle所介导的3′UTR含有IRAlus元件的mRNA核滞留在人源细胞中更为广泛, 因此NEAT1和paraspeckle在人类基因表达调控中的作用可能比小鼠中重要。除了上述机制外,NEAT1和paraspeckles是否还具有其它的功能还有待研究。进一步深入研究paraspeckles参

与调控的靶基因, 对于了解NEAT1的功能具有十分重要的作用。

摘自-中国细胞生物学学报《探索长非编码RNA在哺乳动物细胞中的功能秘密》