Mol Plant：核转运蛋白调控miRNA合成的新机制

来源：BioArt植物

MicroRNA（miRNA）介导的转录后基因沉默调控多种发育和胁迫响应途径【1，2】。MiRNA源自基因组MIRNA基因座。RNA聚合酶II（RNAPII）与延伸因子和介体复合物共同转录，产生初级miRNA转录本（pri-miRNA）【3，4】。然后，在DICER LIKE 1（DCL1）与辅助蛋白的共同作用下，pri-miRNA生成成熟的miRNA双链体【5】。成熟的miRNA被组装到ARGONAUTE1（AGO1）中，从而导致微粒体和膜结合多核糖体中的靶向mRNA的沉默。在植物中，miRNA的加工完全发生在细胞核中。

核转运蛋白是通过核孔复合体输出或输入生物分子所需的运输受体。HASTY（HST）属于核转运蛋白家族的成员，在miRNA介导的成花转变中发挥重要作用【6，7】。基于遗传分析发现，HST与miRNA的生物合成相关，在hst突变体中，某些miRNAs的水平降低。之前的研究表明，HST介导调控miRNA的输出，然而在hst突变体中，miRNA在细胞核和细胞质的亚细胞分布比例没有改变。所以，HST如何调控miRNA累积的分子机制尚不清楚。

近期，阿根廷的Pablo A. Manavella团队在Molecular Plant发表了题为HASTY modulates miRNA biogenesis by linking pri-miRNA transcription and processing的研究论文，揭示了HST调控miRNA合成的新机制。

在该研究中，作者首先发现在hst突变体中，一些miRNA积累到较低的水平，但是miRNA在细胞核和细胞质的分布比例没有改变。HST的N端介导与GTP酶（比如RAN1）的蛋白互作。作者发现，在GFP:HSTΔN/ hst-15互补转基因系中，一些miRNA的总量发生变化，但没有核/细胞质分配比的变化，表明HST的N端对于miRNA积累是必需的，但对于miRNA在核质间的移动可有可无。通过对比ran1 ran3和ran2 ran3的表型发现，RAN1是HST从细胞核输出到细胞质中的关键因子。当缺失RAN1时，HST优先定位于细胞核中。推测是HST的N端与其他因子相互作用，从而控制新生成的HST进入细胞核内。RIP实验表明，HST可能通过某种miRNA相关因子与miRNA结合。

进一步的，作者通过BiFC和Y2H证明，HST可以与DCL1直接结合，而且结合依赖于HST的N端。为解析HST-DCL1的互作如何影响miRNA的合成，作者通过mass spectrometry分析发现MED37可以与HST和HSTΔN结合。因此，HST、DCL1和MED37可能形成一个复合体，促进DCL1募集至MIRNA基因座。在hst-15中，DCL1的活性不变，表明HST不会直接调节DCL1活性或pri-miRNA的加工。然而，ChIP-qPCR的结果表明，HST稳定了DCL1与MIRNA基因座的结合，可能以介体依赖性方式调节加工复合物与新生pri-miRNA的共转录组装。

HST作为转运蛋白和miRNA合成因子的作用模式图

总之，作者提出了一种新的工作机制：HST通过稳定DCL1和MIRNA基因座组成的复合物，进而促进miRNA的生物合成。但是，HST是如何被募集到MIRNA基因座以及作为一个核转运蛋白HST是否具有在细胞核与细胞质之间转运生物分子的功能仍需进一步研究。

参考文献

1. Manavella, P.A., Yang, S.W., and Palatnik, J. (2019). Keep calm and carry on: miRNA biogenesis under stress. The Plant journal: for cell and molecular biology 99:832-843.
2. Rogers, K., and Chen, X. (2013). Biogenesis, turnover, and mode of action of plant microRNAs. The Plant cell 25:2383-2399.

3. Fang, X., Cui, Y., Li, Y., and Qi, Y. (2015). Transcription and processing of primary microRNAs are coupled by Elongator complex in Arabidopsis. Nature plants 1:15075.

4. Kim, Y.J., Zheng, B., Yu, Y., Won, S.Y., Mo, B., and Chen, X. (2011). The role of Mediator in small and long noncoding RNA production in Arabidopsis thaliana. The EMBO journal 30:814-822.
5. Achkar, N.P., Cambiagno, D.A., and Manavella, P.A. (2016). miRNA Biogenesis: A Dynamic Pathway. Trends in plant science 21:1034-1044.

6. Telfer, A., and Poethig, R.S. (1998). HASTY: a gene that regulates the timing of shoot maturation in Arabidopsis thaliana. Development 125:1889-1898.

7. Bollman, K.M., Aukerman, M.J., Park, M.Y., Hunter, C., Berardini, T.Z., and Poethig, R.S. (2003). HASTY, the Arabidopsis ortholog of exportin 5/MSN5, regulates phase change and morphogenesis. Development 130:1493-1504.