核糖体RNA的表观修饰参与核糖体RNA稳态维持及个体发育调控

Ribosome biogenesis is a multistep process during which mistakes can occur at any step of pre-rRNA processing, modification, and ribosome assembly. rRNAs are modified by a number of enzymes at different stages throughout the biogenesis of ribosomes. These modifications (m1A, m7G, m6(2)A etc.) can stabilize the secondary and tertiary structure of the rRNA scaffold and ensure the efficiency and accuracy of polypeptide synthesis. While the mechanisms regulating rRNA modifications are largely unknown. Our previously work showed that the defects in rRNA modification enzymes and a deficiency in rRNA modifications could trigger the generation of risiRNAs which utilize the RNAi-silencing pathway to inhibit the accumulation of erroneous rRNAs. Ribosomopathies describe a number of disorders in which genetic abnormalities can cause impaired ribosome biogenesis and function and result in specific clinical phenotypes. The detailed mechanisms between rRNA processing disorders and ribosomopathies are largely unclear. To further understand the biological roles of these base modifications in rRNA, we are trying to identify a series of methyltransferase which responsible for the modification of rRNA. The identification of these enzymes will facilitate further investigation of the biological roles and regulations of rRNA modifications in C. elegans. In addition, identification of their endogenous substrates besides rRNAs will expand our knowledge of RNA modifications, homeostasis of rRNA, and rRNA related diseases.

核糖体RNA(rRNA)是细胞内含量最高的RNA组分，参与细胞内核糖体的组装和蛋白质的翻译。rRNA的加工修饰对于细胞的生长、发育、分化以及代谢水平调控至关重要。rRNA碱基修饰和诸多人类疾病相关，但致病机理还不清楚。我们前期的实验结果表明当rRNA的表观修饰（如m1A, m7G, m6(2)A等）缺失时，错误的rRNA会激活细胞核RNA干扰通路，生成相应的靶向核糖体RNA的翻译小干扰RNA（risiRNA），进一步对rRNA的转录加工进行反馈调节，维持细胞内rRNA的稳态平衡。同时我们还发现核糖体RNA甲基化缺失会显著的影响动物个体的代谢和发育过程，影响胚胎细胞的大小以及延迟胚胎发育的进程。本项目希望利用秀丽线虫作为动物模型深入探究rRNA的表观修饰参与rRNA的稳态维持的分子机制，阐明rRNA的表观修饰对于细胞和个体的生长、代谢和疾病的发生调控的分子机理。

项目背景：.核糖体RNA(rRNA)是细胞内含量最高的RNA组分，参与细胞内核糖体的组装和蛋白质的翻译。rRNA的加工修饰对于细胞的生长、发育、分化以及代谢水平调控至关重要。rRNA碱基修饰和诸多人类疾病相关，但致病机理还不清楚。我们前期的实验结果表明当rRNA的表观修饰（如m1A, m7G, m6(2)A等）缺失时，错误的rRNA会激活细胞核RNA干扰通路，生成相应的靶向核糖体RNA的翻译小干扰RNA（risiRNA），进一步对rRNA的转录加工进行反馈调节，维持细胞内rRNA的稳态平衡，影响动物个体的代谢和发育过程，影响胚胎细胞的大小以及延迟胚胎发育的进程。..主要研究内容：.本项目利用模式生物秀丽隐杆线虫，通过遗传筛选找到表观修饰因子参与核糖体RNA调控相关的突变体，在这些突变体中我们检测依赖于错误核糖体RNA模版扩增的反义次级小干扰RNA(risiRNA)的生成，通过一系列的分子生化手段阐明在调控核糖体RNA表观修饰缺陷的突变体中小干扰RNA生成的具体生物学过程，了解核糖体RNA表观修饰和小干扰RNA在核糖体RNA代谢过程中承担的调控角色，为核糖体相关疾病的致病机理的解释提供更多的生物学证据。..重要结果、关键数据及其科学意义：.在本项目的支持下，课题组通过遗传学筛选克隆了一个抑制risiRNA产生的基因susi-5，该基因编码RNA外切酶体(exosome)的一个保守的催化亚基DIS-3。通过CRISPR 基因编辑技术，发现RNA外切酶体通过亚细胞定位的变化可以响应细胞核内核糖体RNA的稳态。RNA外切酶体的正确亚细胞定位对于抑制risiRNA产生具有重要作用。相关成果在Nucleic Acids Research期刊上发表。.我们还发现了参与H3K 27me3修饰生成的PRC2复合物和染色质重塑因子ISW-1、MRG-1蛋白等对piRNA的生成也十分重要，为进一步研究异染色质区域的piRNA转录以及核糖体RNA 的标贯调控提供了新思路。我们发现在特定基因组区域解除抑制性染色质状态可能会大幅延长寿命。阐明这一机制有助于更全面地理解衰老调控。本项目还揭示了秀丽线虫通过SNAPc和USTC复合物响应饥饿胁迫的分子机制，为研究真核生物核糖体RNA稳态调控机制、个体发育、个体营养供应与代谢提供新线索。