哺乳动物中tRNA相关小分子RNA的新调控作用

研究表明tRNA可以作为调控分子从不同层次如被内切为半分子RNA，在各个水平上调控基因的表达, 参与细胞内重要的生命活动。最近我们在大鼠中首次证明了内源性tRNA minihelix分子的存在，并将其命名为tpl-sRNA。同时发现这是一种不同于miRNA、piRNA和siRNA的小分子RNA，结构类似于原始tRNA模型且具有一些tRNA特性。这些特征意味着tpl-sRNA的生物合成和功能亦不同于其他内源性小分子RNA。除了tpl-sRNA，我们在研究中还鉴定了2个对应于tRNA基因3'末端的小分子RNA，并对其中一个的表达及其背后的调控作用做了初步研究，结果提示哺乳动物中部分tRNA前体除了被加工成tRNA之外，可能还有其他功能的潜能。本项目拟在这些新发现的基础上采用分子生物学和细胞生物学等方法继续研究这两种tRNA相关小分子的加工、表达和调控作用，进一步拓宽人们对tRNA领域的认识。

该项目研究tRNA相关小分子RNA如tsRNA和tRNA minihelix的表达和调控作用，拓宽人们对tRNA领域的认识。tsRNA是由pre-tRNA 3’trailer加工而来的一类19~23 nt、具有5’磷酸和3’羟基的单链RNA。目前tsRNA究竟是有功能的小RNA分子还是无用片段是一个有争议的问题。我们发现人类tsRNA tRF1001在低分化和生长快速的癌细胞中高表达，暗示他们与细胞干性维持和增殖相关。tRF1001所在基因组位置，能结合大量的转录因子，提示tRF1001可能受多种转录因子（多为细胞增殖与周期相关蛋白）的调控；抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡的药物可显著下调tRF1001的表达，提示tsRNA可能与细胞生长相关。我们还在大鼠和小鼠中鉴定了两个tsRNA，其中tsR-1在正常大鼠和小鼠的多种组织中都有表达，暗示tsRNA并非人类特有。为了检测pre-tRNA 3’trailer是否可具功能，我们将pre-tRNA的tsRNA替换为一段可以与luciferase mRNA作用的RNA片段后与luciferase报告基因共转染，发现luciferase的表达受到抑制。将tsRNA的反义序列克隆到firefly luciferase cds的3’端作为报告基因，共转染mouse tRNA-tsR-1也有类似的抑制效果。这些结果一致表明pre-tRNA 3’trailer可以是有功能的。再检测tsRNA在细胞生长方面的功能，发现转染靶向mouse tsR-1的siRNA72小时后可抑制P19的细胞增殖。类似地，人类tRF1001对HepG2，U87和Huh7等细胞生长也都有不同程度的促进作用。而且，3’末端2’-O甲基化的tRF1001也有类似的功能。另外tRF1002对HCT116细胞也有促进增殖作用。这些数据都表明tsRNA确实是有功能的小分子RNA，其促进细胞增殖的作用有普遍性。进一步地，为了检测小分子RNA上的2’-O甲基化修饰，我们还发明了新的检测2’-O甲基化的方法，灵敏度非常高，可用于检测小分子RNA等。除了tsRNA，我们还发现哺乳动物中的tRNA minihelix 亦能影响细胞的生长，在24-48小时不明显，但在72-96小时更为明显，说明这是较长期的作用。综上，该项目研究表明tRNA相关小分子RNA的调控作用是复杂多样的。