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可变剪接(AS)是指从一个mRNA前体中通过不同的剪接方式(选择不同的剪接位点组合)产生不同的mRNA剪接异构体的过程,是调节基因表达和产生蛋白质组多样性的重要机制,在植物非生物胁迫响应,尤其是热胁迫响应中发挥关键作用。热胁迫诱导的AS发生在编码热激蛋白的转录本中,以产生内含子保留(IR)剪接变体。然而,植物中AS、热胁迫响应和剪接因子之间相关联的分子机制尚不清楚。挖掘与剪接体(介导mRNA剪接的RNA-蛋白质复合物)相关的因子可能有助于阐明AS响应热胁迫的调控。

核亲环蛋白(CYPs,又称亲环素)被鉴定为人类剪接体的辅助蛋白,具有肽酰基脯氨酰顺反异构酶(PPIase)活性。已知人体中的少数CYPs通过翻译后修饰调节剪接体蛋白而具备特定功能。植物CYPs是否同样参与mRNA前体剪接以及对热胁迫的响应还有待确认。年3月9日,ThePlantCell在线发表了韩国生物科学与生物技术研究所植物系统工程研究中心HyeSunCho团队题为“TheArabidopsiscyclophilinCYP18-1facilitatesPRP18dephosphorylationandthesplicingofintronsretainedunderheatstress”的研究论文。该研究发现在拟南芥种子萌发期间,剪接体成分CYP18-1通过去磷酸化偶联机制有效去除内含子以响应热胁迫。

CYPsPPIases与磷酸化有关,对靶蛋白的磷酸化/去磷酸化调控可能是其发挥功能的关键机制,而具体所靶向的蛋白目前还不清楚。本研究鉴定发现CYP18-1是拟南芥萌发期间对热胁迫耐受性的关键因子,而与剪接体相关的RNA解旋酶PRP18是CYP18-1作用的靶标之一。人体内被催化激活的剪接体(C*复合物)由多种耗能的RNA解旋酶组成,如hPrp16、hPrp17、hPrp18和hPrp22。Prp18仅在剪接的第二个步骤发挥功能,与U5snRNP结合以稳定外显子互作,并稳定地与剪接体结合。

CYP18-1与第二步剪接体复合物C蛋白(PRP18a、PRP22和SMP1)互作,并与U2和U5snRNP结合以响应热胁迫。CYP18-1与磷酸化PRP18a结合,并且CYP18-1浓度的增加与PRP18a去磷酸化的增加相关。互作和原生质体转化实验表明,CYP18-1和PP2A型磷酸酶PP2AB??共同调节PRP18a的去磷酸化。RNA-seq和RT-qPCR分析证实,CYP18-1对于热胁迫下保留内含子的剪接至关重要。CYP18-1功能缺失引发热胁迫下的剪接缺陷,并导致拟南芥热敏感性表型。

图.热胁迫诱导表型以及热胁迫响应基因的内含子保留。(E)CYP18-1在PRP18a去磷酸化过程中发挥作用的分子机制模型:CYP18-1与磷酸化PRP18结合,并通过与磷酸酶PP2AB?η互作促进其去磷酸化。在催化剪接体复合物C*中,U2和U5snRPs联合CYP18-1以及PRP18,对套索状内含子进行剪切。因此,热胁迫耐受性是通过对保留内含子的有效剪接来获得的。

该研究揭示了CYP18-1激活PRP18去磷酸化的作用机制,并表明CYP18-1对于保留内含子的有效剪接和植物对热胁迫的快速响应至关重要。由于CYP18-1基因表达还响应其他非生物胁迫,因此CYP18-1是否在其他非生物胁迫响应中发挥作用值得进一步研究。另外,CYP18-1除定位于细胞核外,还于细胞质中定位,揭示其在细胞质中的功能也将是下一步研究的重点。

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