CNAF嘉宾丨Gunter Meister-德国雷根斯堡大学生物化学系教授
本期嘉宾介绍
Gunter Meister
德国雷根斯堡大学生物化学系教授兼主任
报告主题: Gene Regulation Mediated by Non-coding RNAs, RNA Binding Proteins and RNA Modifications
报告摘要：基因表达不仅在转录层面受到调控，在许多转录后步骤也受到调控。实验证明，各种类型的非编码RNA对于正确的基因表达至关重要。非编码RNA包括microRNA、lncRNA和circRNA，它们通过选择性剪接产生，可以充当miRNA或RNA结合蛋白海绵。RNA不以单一的RNA分子形式发挥作用，而是作为RNA-蛋白质复合物的组成要素，在这些复合物中至少有一种RNA结合蛋白（RBP）直接与RNA作用。因此，RBP对RNA代谢至关重要，是协调各种RNA结合过程的调控中心。此过程的调控不当通常与疾病有关，但在此前并未引起重视。最近，Meister实验室分析了RBP在共转录或转录后水平上对miRNA表达的调控。此外，他们已经开始研究RNA修饰途径及其与人体细胞中其他细胞RNA调控网络的串扰。Gunter会在论坛现场报告他们在RBP功能方面的最新进展，包括RNA碱基修饰的readers 和writers，还会介绍其用于研究RNA修饰的工具。
在目前正在进行的项目中，他们研究关键miRNA生物发生以及效应蛋白的翻译后修饰。两个关键问题是：哪些信号通路和激酶或磷酸酶作用于这些因子？特定位点磷酸化的生物后果是什么？
除了哺乳动物细胞中小RNA途径的生化表征，该实验室还利用RNA克隆和深度测序分析癌症中的短链非编码RNA和长链非编码RNA。通过与雷根斯堡大学医院Christina Hackl教授的紧密合作，他们研究了结直肠癌进展中的非编码RNA；还与Peter Hau教授一起对恶性胶质瘤患者的非编码RNA进行了分析。
此外，他们鉴定和表征了与特定miRNA前体分子相互作用的RNA结合蛋白。使用生化方法，他们鉴定了数百种与特定序列结合pre-miRNA的蛋白质，目前正在研究这些蛋白质的生物功能。拥有最先进的技术，例如CRISPR / Cas9敲除或RNA结合基序（bind’n’seq）的体外选择，他们还在研究全新的RNA结合蛋白和RNA结合域。
最后，他们表征了RNA分子的特异性修饰，m6Adenin（m6A）抗体可以更好地表征这种修饰。有趣的是，这种修饰常见于mRNA，并且拥有许多有趣的生物功能。在其项目中，他们表征了在这种修饰途径中起作用的酶和RNA结合蛋白。另外，他们开发了针对十种不同碱基修饰的单克隆抗体。借助这些工具，他们希望将此类修饰映射到RNA分子上、不断完善对RNA碱基修饰机理的认识。
小RNA途径的翻译后调控
翻译后修饰存在于许多蛋白质，并有助于基因产物的功能多样化。Meister实验室的目的是对miRNA途径关键成分的翻译后修饰进行分类和功能表征，使用最先进的定量质谱技术对修饰进行鉴定和绝对定量，例如甲基化或磷酸化。为了进行相关生物学研究，他们对miRNA途径所有关键成分开发了单克隆抗体，在miRNA途径的Drosha、Xpo-5、Lin28等因子上定位磷酸化位点，并在功能上表征Ago和TNRC6蛋白上已鉴定的磷酸化位点。除此之外，他们还研究信号通路和依赖磷酸化相互作用的RNA和蛋白。
非编码RNA在癌症中的分析
MicroRNA（miRNA）是一种重要的基因调节剂，与mRNA上抑制基因表达的结合位点相互作用。根据调控靶标的不同，miRNA可以充当肿瘤基因或者肿瘤抑制基因。长链非编码RNA（lncRNA）与包括癌症在内的各种疾病密切相关。
目前，一种基于竞争性内源RNA（ceRNA）的新型“ RNA语言”模型已经提出，ceRNA与mRNA竞争miRNA，并且可以调节整个转录组。但是，业界对于转移和治疗过程中miRNA和lncRNA之间的相互作用依然知之甚少。最近，该实验室正在对癌症进展过程中的环状RNA分子进行表征。在此项目中，他们使用不同的小鼠模型（BALBneuT和结肠直肠癌的原位模型），通过深度测序分析癌症进展和治疗干预期间的miRNA、lncRNA和circRNA表达，表征原发性肿瘤和转移肿瘤之间非编码RNA表达的变化，同时鉴定包括推定的ceRNA在内的MiRNA靶标并分析其在体外和体内的相关性。
RNA结合蛋白对基因表达的调控
编码RNA和非编码RNA的调控水平各不相同，例如，microRNA（miRNA）的表达可以在生物合成的多个步骤受到影响。此外，直接RNA甲基化也会影响许多不同生物和系统中的基因表达。Meister实验室的部分项目旨在鉴定和表征影响miRNA成熟的因素。例如，他们采用生化下拉分析法分离不同miRNA物种的特定结合蛋白、使用分子或细胞生物学方法分析这些因素的生理作用、使用X射线晶体学及其他生物化学和生物物理方法分析miRNA与蛋白质相互作用的分子细节。
最近，该实验室对果蝇脑肿瘤（BRAT）的RNA结合活性表征验证了以上方法。该蛋白质不曾参与RNA结合。X射线晶体学实验表明，NHL结构域是一种新型的RNA结合结构域。他们希望未来能确定其他RNA结合结构域。
RNA特异性碱基修饰途径的研究
RNA碱基修饰的研究由来已久，但直到最近才发现这种修饰也存在于mRNA，而且修饰的类型和程度会对基因表达产生显著影响。然而，RNA碱基修饰的基本机制依然有待了解。m6A甲基化作为一种特定的RNA碱基修饰，Mesiter实验室致力于破译m6A甲基化途径在编码RNA和非编码RNA调控中的作用，目前已经鉴定了此种修饰的转移酶(writers)、甲基化阅读蛋白(readers) 和去甲基化酶(erasers)。但是，关于特定蛋白质复合物的组成以及这些因子的原子结构知之甚少。因此，该实验室的目标是在功能和结构上表征m6A甲基化途径的已知和推测的新因子，并在人类细胞中进行鉴定。
最近，该实验室还在mRNA分子上鉴定了其他碱基修饰，包括5-甲基胞嘧啶或伪尿（嘧啶核）苷，并且已经表明这种修饰也影响靶RNA的功能。同样，更多已知的化学RNA修饰也可能会遗留在mRNA上，但是由于缺乏试剂至今尚未被发现。因此，Meister计划创建此类工具。首先，他们会开发针对多种已知碱基修饰的单克隆抗体，用于表征携带此类修饰的RNA。然后，他们计划研究METTL蛋白家族迄今未被表征的推定RNA甲基转移酶。利用同源性搜索和结构建模，他们发现这些蛋白可以分组（例如METTL2A / B，6和8），而且这些蛋白质可能在功能上相关并且具有相似的RNA靶标。发生相互作用的RNA和蛋白质会通过生化方法识别。最后，他们还会使用X射线晶体学从结构上研究这些蛋白质或蛋白质结构域。此项研究计划可以帮助更好地理解RNA修饰介导的复杂调控。
部分已发表文章
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