长非编码RNA物种差异加工及其功能演变

从细菌到真核单细胞，从真核单细胞到复杂生命，在物种进化的时间长河里，生命体中每一个可能导致物种演变的功能“单位”都值得科学家探究，比如细胞中广泛地存在功能未知的“暗物质”——长非编码RNA。中科院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所，简称分子细胞卓越中心）陈玲玲研究组的最新研究发现，基因组来源相同的长非编码RNA在不同物种细胞内的“坐标”定位和功能都存在显著不同，首次揭示了长非编码RNA物种差异“加工”机制决定功能多样化，为深入理解长非编码RNA的进化及功能提供了新思路。相关研究成果论文4月6日深夜发表于《细胞》。

研究人员通过系统的分析发现，长非编码RNA的加工、定位及其功能，在人、猴、鼠来源的胚胎干细胞内存在着明显的差异。例如，虽然长非编码RNA——FAST（中文名“极速”）在人、猴、鼠胚胎干细胞中都表达，但其在干细胞内的“坐标”定位明显不同，因此对干细胞命运调控也存在进化的差异。人FAST存在于长非编码RNA的重要“消费市场”——细胞质内，通过参与细胞信号通路的调控帮助胚胎干细胞维持自我更新；而鼠Fast则累积于长非编码RNA的主要“生产工厂”——细胞核内，因此无法参与细胞信号通路的调控，对胚胎干细胞自我更新的维持“毫无建树”。

进一步的研究发现，物种差异的长非编码RNA加工导致了FAST在人、猴、鼠细胞内的定位及功能演变，而深入的机制研究则表明长非编码RNA的物种差异加工由蛋白质PPIE决定。PPIE在长非编码RNA的主要“生产工厂”——细胞核内控制长非编码RNA的加工成熟。该蛋白质在鼠胚胎干细胞中数量较多，在关键步骤严格限制了鼠Fast的加工成熟，导致大量不成熟的鼠Fast滞留于细胞核内；而在人胚胎干细胞中，PPIE数量显著减少，使更多的人FAST得以加工并到达“消费市场”——细胞质发挥功能，参与干细胞的自我更新维持。在猴胚胎干细胞中，PPIE的数量、FAST和其它长非编码RNA在细胞内的“坐标”定位和功能更趋向于人胚胎干细胞，这也与人猴在进化上比猴鼠更近的事实相符。

专家表示，这项研究首次发现了物种差异加工导致的长非编码RNA在细胞内的“坐标”定位及功能的区别，揭示了一类基因组位置一致、但是物种加工和定位不同的长非编码RNA，并阐明了物种差异加工和定位导致的功能进化演变，丰富了人们对长非编码RNA表达调控、定位和功能多样性的认识，为深入研究长非编码RNA功能与物种进化过程中适应性演变提供了新的理论基础。