Transportin 1参与拟南芥RNA干扰通路的机制研究

RNA interference (RNAi) is a consevered mechanism of gene regulation that plays essential roles in various biological and physiological processes in eukaryotes. The key components of RNAi pathways are small RNAs and Argonaute (AGO) family proteins. In Arabidopsis, there are three major RNAi pathways including microRNA (miRNA), heterochromatic siRNA (hc-siRNA), and trans-acting siRNA (ta-siRNA) pathways. Forward genetics of our group identified the importin family protein Transportin 1 (TRN1) as a positive regulator of miRNA activity. Further characterization revealed that TRN1 is also involved in hc-siRNA and ta-siRNA pathways. In this project, we will investigate the molecular mechanisms underlying the regulation of miRNA, hc-siRNA and ta-siRNA pathways by TRN1.

RNA干扰(RNA interference, RNAi)是真核生物中一类保守的基因表达调控的机制，在发育、基因组稳定性、基因印记等很多生物学过程中起着重要作用。RNAi中的核心组分是small RNAs (sRNAs)和Argonaute (AGO)家族蛋白。拟南芥中RNAi途径主要包括microRNA (miRNA)途径、heterochromatic siRNA (hc-siRNA)途径和trans-acting siRNA (ta-siRNA)途径。本课题组通过正向遗传筛选发现importin家族蛋白Transportin 1 (TRN1)参与miRNA活性的调节，进一步的鉴定发现TRN1也是hc-siRNA和ta-siRNA途径所必需的。本项目中，我们将综合生化和遗传学手段探究TRN1调节miRNA、hc-siRNA和ta-siRNA途径的分子机制。

microRNAs (miRNAs)是一类长度大约为21-24个核苷酸的小RNA，在真核生物中广泛的参与调控多种生物学过程。尽管我们对于miRNA装载进入AGO1 蛋白的机制已有初步认识，但是对于是否有其它因子参与调控miRNA与AGO1 蛋白的结合以及这些因子的作用机制知之甚少。之前我们实验室建立了一个针对miRNA途径的遗传筛选体系，通过该体系鉴定获得EMA1，编码一个importin β家族蛋白，并且发现EMA1可以负调控miRNA的活性。在ema1突变体中，更多的miRNA进入AGO1蛋白而导致miRNA活性增强。.本研究中，通过ema1抑制子筛选，我们鉴定到另外一个importinβ家族蛋白TRANSPORTIN1 (TRN1)参与调控miRNA的活性。研究结果显示，TRN1的突变导致miRNA活性下降，但并不减少成熟miRNA的积累，这表明TRN1并非通过影响miRNA的生成或稳定性影响miRNA的活性。进一步研究发现，TRN1能与AGO1蛋白相互作用；并且参与TRN1蛋白识别底物的氨基酸残基的突变可减弱其与AGO1蛋白的相互作用和在miRNA通路中的调控功能。TRN1的功能缺失并不改变miRNA和AGO1在细胞质与细胞核之间的分布。更为重要的是，我们发现TRN1的突变可使AGO1蛋白结合的miRNA量减少。这些研究结果表明TRANSPORTIN1通过促进miRNA与AGO1的相互作用而调节其活性。.综上所述，本研究报道了Importinß家族蛋白TRN1调节miRNA的活性，并阐明了其作用的分子机制。本研究的发现也表明importinß家族蛋白在miRNA通路中起着复杂的调控作用。