研究提出核酸內切酶DIS3介導的環形RNA降解機制

　　2月17日，《分子細胞》（Molecular Cell）在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心陳玲玲研究組與復旦大學楊力研究組合作完成的關于內源環形RNA降解的最新研究成果。該研究解析了生理條件下環形RNA被核酸內切酶DIS3監控降解的新機制，實現了對環形RNA“生老病死”過程中特異調控及分子特征等基礎研究的閉環。

　　環形RNA由mRNA前體外顯子反向剪接而成，具有區別于線性RNA的生成加工、轉運代謝和功能發揮途徑與調控規律。有研究發現，在應激條件下，雙鏈RNA病毒激活核酸酶RNase L可導致環形RNA大規模降解；而正常條件下，僅有個別含m6A修飾或具特殊結構的環形RNA可被降解。但是，正常條件下環形RNA代謝穩態維持的分子機制尚不清楚。

　　一般認為，環形RNA的閉環結構使其對核酸外切酶不敏感而依賴核酸內切酶。基于這一推測，該研究對不同核酸內切酶如ANG、DIS3、ERN1、G3BP1、RNASE4、RNAESH2A、SMG6以及輔因子UPF1、UPF2進行敲降篩選，發現敲降核酸內切酶DIS3引起細胞內大部分環形RNA的表達上調。研究使用核酸內切酶失活的DIS3突變體進行回補實驗和RNA免疫沉淀測序實驗，發現了這些環形RNA的表達上調依賴DIS3的核酸內切酶活性，且DIS3能夠直接結合由DIS3敲降引起的表達上調的環形RNA。進一步，研究顯示，DIS3介導的環形RNA降解途徑在人和小鼠中高度保守。

　　DIS3具有核酸內切酶活性和3'-5'端的核酸外切酶活性，在細菌到人等多數生物中廣泛存在。此前，研究認為，DIS3是核酸外切酶復合體的重要組分，在細胞核內發揮調控RNA加工、成熟與質量監控的作用。而進一步研究發現，DIS3具有不依賴于核酸外切酶復合體，在細胞漿內降解環形RNA的全新途徑和機制。該研究通過蔗糖密度梯度離心實驗發現，DIS3介導的環形RNA降解途徑發生在細胞漿中。同時，免疫熒光共定位顯示，僅有10%的DIS3與核酸外切酶復合體組分共定位，提示DIS3具有不依賴于核酸外切酶復合體的功能。進而，研究通過蔗糖密度梯度離心實驗、DIS3敲降實驗和高通量測序，對篩選出DIS3偏好降解的環形RNA與非DIS3偏好降解的環形RNA進行序列比較分析，鑒定發現具有U-rich motif的環形RNA易被DIS3識別和降解。更重要的是，研究通過建立環形RNA的切割實驗，證明體外合成的環形RNA在體外和細胞內均有可控的穩定性，即含有U-rich基序數目不同，可改變環形RNA的穩定性，且該過程依賴DIS3活性。

　　這一研究揭示了正常細胞狀態下DIS3介導的全轉錄組水平環形RNA降解的新途徑，發現了DIS3不依賴于核酸外切酶復合體的新功能，為體外合成穩定性可控的環形RNA奠定了理論基礎。

　　研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院等的支持。