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彭金荣团队揭示Upf3a而非Upf1介导斑马鱼leg1基因的“遗传补偿效应”

2023年07月10日 浏览量: 评论(0) 来源:中国斑马鱼信息中心 作者:中国斑马鱼信息中心 责任编辑:lascn
摘要:2023年6月27日,彭金荣团队在Cell Discovery在线发表题为“Upf3a but not Upf1 mediates the genetic compensation response induced by leg1 deleterious mutations in a H3K4me3-independent manner”的研究论文,该最新研究成果揭示了Upf3a而非Upf1介导斑马鱼leg1基因的HDGCR。

“遗传补偿效应”(genetic compensation response,GCR)是指生命体某个基因功能失活后,其功能被其他基因或途径补偿的现象,同源基因依赖的遗传补偿(homology-dependent genetic compensation response,HDGCR)是实现GCR的重要方式之一。在斑马鱼中,人们利用基因编辑技术制备的遗传突变体中约有80% 没有表型,HDGCR是造成这种现象的主要原因之一。

2019年,Stainier实验室与浙江大学彭金荣/陈军团队实验室同时在Nature发表论文揭示带有提前终止密码子(Premature termination codon,PTC)的无义突变mRNA及其诱导的同源基因激活表达是HDGCR被激活的前提条件,且发现介导无义突变mRMA降解的途径(NMD)以及负责H3K4me3修饰的COMPASS复合体介导了HDGCR。然而,对于NMD途径中究竟是Upf1还是Upf3a在HDGCR激活过程中起关键作用,仍然存在争议。

2023年6月27日,彭金荣团队在Cell Discovery在线发表题为“Upf3a but not Upf1 mediates the genetic compensation response induced by leg1 deleterious mutations in a H3K4me3-independent manner”的研究论文,该最新研究成果揭示了Upf3a而非Upf1介导斑马鱼leg1基因的HDGCR。

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在斑马鱼中,互为同源的基因leg1a和leg1b于肝脏富集表达。彭金荣实验室之前的研究发现,通过向受精卵中注射leg1a基因特异的反义吗啡啉寡核苷酸(morpholino)敲低Leg1a表达后会导致小肝脏表型,但leg1a基因敲除的leg1azju1/zju1突变体肝脏发育却基本正常,qPCR结果显示,leg1azju1/zju1突变体中同源基因leg1b的表达上调,暗示突变体中HDGCR被激活。

该论文利用基因编辑技术构建了leg1azju1/zju1、leg1bzju1/zju1和leg1azju3/zju3leg1bzju1/zju1三种突变体斑马鱼。通过整胚原位杂交实验发现,leg1azju1/zju1和leg1bzju1/zju1两种单突变体早期消化器官发育正常,而双突变体在早期肝脏、外分泌胰腺和肠道发育均受阻,暗示了leg1a和leg1b在胚胎肝脏发育中的冗余功能。接着,利用转录组数据分析和morpholino敲低实验证明了leg1azju1/zju1突变体肝脏能正常发育是由于HDGCR被激活,促进了leg1b表达上调,上调的Leg1b功能性补偿了Leg1a的缺失,从而保护了肝脏的正常发育。

随后,通过遗传杂交的方法获得了upf3a-/- leg1azju1/zju1和upf1-/-  leg1azju1/zju1双突变体。通过整胚原位杂交实验证明了upf3a-/-leg1azju1/zju1双突变体表现出与leg1azju3/zju3leg1bzju1/zju1双突变体相似的小肝脏表型。转录组测序分析证明,敲除upf3a能阻断leg1azju1/zju1突变体中leg1b的转录上调,且能改变leg1azju1/zju1突变体中相较于野生型的DEGs的表达谱,而敲除upf1却无法实现,说明leg1azju1/zju1突变体中HDGCR被激活依赖于Upf3a,而不是Upf1。综上所述,通过对从4种单基因突变体和3种双基因突变体收集的71个样品进行转录组分析,同时联合整胚原位杂交技术、蛋白印迹实验、morpholino敲低实验等,该团队证明了斑马鱼leg1azju1/zju1突变体中HDGCR被激活,leg1b表达上调依赖于Upf3a而非Upf1。

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图1 带有提前终止密码子(PTC)的无义突变mRNA如果被含Upf3b的无义mRNA降解(NMD)复合体结合,则被降解;但如果是被含Upf3a的NMD复合体结合,则能介导同源基因的激活表达,实现遗传补偿效应(HDGCR)。EJC,外显子剪辑复合体;TC,翻译终止密码子。

该成果成功区分了Upf3a和Upf1在HDGCR中的功能,加深了我们对HDGCR发生的认识,为今后进一步深入研究“遗传补偿效应”机制打下了基础。

本工作主要由彭金荣/陈军团队实验室的谢艾轩博士生和马志鹏研究员完成,彭金荣教授、陈军教授和马志鹏研究员为共同通讯作者。此项研究主要由国家基金委和科技部有关项目(31830113, 31571495,2018YFA0800500)的支持。

对不起,暂无资料。
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