果蝇Dscam和Tep2基因互斥可变剪接机制的研究

【摘要】可变剪接是指有些基因的前体mRNA在加工过程中,由于选择不同的启动子、终止子或剪接位点,导致同一前体mRNA加工后产生两种或更多种的成熟mRNA.可变剪接是增加转录组和蛋白质组多样性的主要机制,互斥剪接是可变剪接的一种重要方式,其中最典型的例子是黑腹果蝇唐氏综合症细胞粘附因子(Dscam),它通过互斥剪接可以产生38,016种不同的异构体,而黑腹果蝇含硫酯键蛋白(Tep2)基因虽然只有五个互斥外显子,但它在物种间进化速率很快。目前对这两个基因的互斥剪接机制还知之甚少,尤其是对Tep2基因互斥剪接机制的研究目前还没有相关的文献报道。已有研究发现,锚定序列和选择序列竞争性互补配对形成的RNA二级结构可以直接调控Dscam基因的互斥剪接,但是选择和激活互斥外显子的具体机制还不清楚。本论文中,我们通过生物信息学分析发现了一种由串联茎环亚单位组成的、进化上保守的基因座控制区(locuscontrolregion,LCR),并通过实验方法证明了LCR在多种昆虫物种中都以串联茎环二级结构形式存在。进一步的实验还发现,LCR通过缩短内含子的有效距离与锚定序列和选择序列的竞争性互补配对机制共同作用,调控激活Dscam基因外显子簇6互斥外显子的选择。我们还在锚定序列上游发现了一些潜在的剪接蛋白作用靶点,为进一步揭示Dscam基因的互斥剪接机制提供了新的线索。我们的发现不仅揭示了一种新的互斥剪接机制,还提供了一种在进化过程中趋于复杂的长距离RNA调控机制模型。在Dscam基因外显子簇6的研究结果启发下,我们对黑腹果蝇Tep2基因外显子簇5的互斥剪接机制也进行了初步探索。通过实验验证,我们发现Tep2基因的互斥外显子也符合靠近激活机制,即当靠近下游组成型外显子时,互斥外显子可以被特异性激活。我们还发现并验证了对Tep2基因的互斥剪接具有重要调控作用的两个内含子顺式作用元件。进一步通过RNA-蛋白互作实验以及RNA干扰实验,我们筛选到六种与这两个内含子元件相互作用的蛋白,并认为Tep2基因可能是通过蛋白之间的相互作用拉近互斥外显子与组成型外显子6的距离,从而选择性激活互斥外显子的剪接。我们的研究为进一步揭示黑腹果蝇Tep2基因的互斥剪接机制奠定了基础并提供了新的研究方向,也暗示了一种新的互斥可变剪接调控机制模型。
【作者】李国丽；
【导师】金勇丰；
【作者基本信息】浙江大学，生物化学与分子生物学，2013，博士
【关键词】互斥可变剪接；Dscam基因；基因座控制区；Tep2基因；RNA二级结构；调控机制；

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