子科生物報道：蛋白激酶不僅參與調(diào)控真核細(xì)胞的分裂、分化和代謝等生命過程，并且在多細(xì)胞生物的免疫監(jiān)控和個體行為決定等生理過程中，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。精確的酶活性調(diào)控是蛋白激酶發(fā)揮正常生理功能的分子基礎(chǔ)，已有的研究明確揭示：激酶活性的異常，是多種人類疾病發(fā)生的原因。因此，蛋白激酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制研究一直是生物學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的核心問題。纖毛是廣泛存在于真核細(xì)胞表面的細(xì)胞器。纖毛驅(qū)動細(xì)胞運動并參與細(xì)胞對外界信號的感知，其結(jié)構(gòu)和功能的異常導(dǎo)致35種多系統(tǒng)纖毛疾病。纖毛激酶DYF-5的人類同源基因MAK突變導(dǎo)致色素性視網(wǎng)膜炎（Retinitis Pigmentosa），然而到目前為止，仍不清楚MAP 激酶的活性調(diào)控方式以及其發(fā)揮生物學(xué)功能的機(jī)制。歐光朔實驗室以線蟲纖毛為研究對象，針對過度活化的蛋白激酶展開了研究，發(fā)現(xiàn)RNA編輯能夠調(diào)控過度活化的纖毛激酶。

  該成果于2021年8月27日，在國際著名刊物《科學(xué)》（Science）上發(fā)表了題為“RNA編輯限制過度活化的纖毛激酶”（RNA Editing Restricts Hyperactive Ciliary Kinases）的研究文章（research article），報道了RNA編輯調(diào)控纖毛激酶的研究成果。

  這項工作表明激酶活性的信息被負(fù)反饋到激酶自身的RNA，通過編輯抑制其翻譯，從而限制激酶活性。蛋白質(zhì)活性在基因轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控蛋白的生成廣為人知，但是蛋白質(zhì)活性在轉(zhuǎn)錄后水平上通過RNA編輯限制該蛋白的翻譯則鮮有報道；這項工作豐富了我們對病理狀態(tài)下遺傳信息傳遞的認(rèn)識。

RNA編輯調(diào)控活化的DYF-5CA激酶活性

  歐光朔實驗室利用基因組編輯方法制備了DYF-5激酶組成型活化形式的線蟲品系（DYF-5CA），意外發(fā)現(xiàn)該線蟲的嗅覺纖毛產(chǎn)生了與DYF-5激酶缺失相同的表型。遺傳抑制子篩選鑒定到細(xì)胞核內(nèi)負(fù)責(zé)RNA編輯的腺苷脫氨酶突變可以挽救DYF-5CA的纖毛異常。測序和生信分析發(fā)現(xiàn)編碼DYF-5CA的pre-mRNA上發(fā)生了大量的A-to-G的編輯，導(dǎo)致RNA剪切異常，DYF-5CA的蛋白翻譯被阻斷。DYF-5CA過度活化觸發(fā)其RNA被編輯。RNA編輯同樣限制其他纖毛激酶，提示該機(jī)制具有普適性。纖毛疾病相關(guān)蛋白不是理想的藥物靶標(biāo)，纖毛疾病的臨床治療一直是相關(guān)領(lǐng)域的難點和痛點。這項工作表明纖毛激酶異常導(dǎo)致的纖毛缺陷可以通過抑制細(xì)胞核內(nèi)的腺苷脫氨酶進(jìn)行挽救，提示了纖毛疾病“纖毛外”干預(yù)的新思路。近年來人類基因組的外顯子測序鑒定到大量與遺傳疾病相關(guān)的變異，將這類突變引入模式動物，開展遺傳抑制子篩選，有望開發(fā)遺傳疾病治療的新策略。

  論文的第一作者為清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后李冬冬，通訊作者是生命中心PI歐光朔。斯坦福大學(xué)李進(jìn)教授和清華大學(xué)張強(qiáng)鋒教授對本課題提供了建議和幫助。本研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委“纖毛形成的分子機(jī)理和生理功能”重大項目、生命科學(xué)聯(lián)合中心、清華大學(xué)-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院和科技部等相關(guān)機(jī)構(gòu)的經(jīng)費資助。