證明迷一般的核內(nèi)斑點結(jié)構(gòu)功能：驅(qū)動高效mRNA剪接

一百多年前，當Santiago Ramón y Cajal用顯微鏡觀察神經(jīng)元時，他看到了神經(jīng)元核內(nèi)的纖維狀和斑點狀結(jié)構(gòu)研究人員后來發(fā)現(xiàn)，這些被稱為核體的核室沒有膜，但含有參與特定功能的分子簇。其中一種核體，斑點核，含有已知參與mRNA剪接的剪接體。斑點的破壞導(dǎo)致一系列疾病和發(fā)育障礙，但斑點如何驅(qū)動剪接仍不清楚。

一種觀點認為斑點是拼接工廠。剪接反應(yīng)發(fā)生在斑點內(nèi)部，然后剪接產(chǎn)物離開。“人們發(fā)現(xiàn)事實并非如此，”加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）分子生物學(xué)家Mitchell Guttman說。“它們剪接因子濃度最高的原因非常類似于，如果我在你的房子里尋找床單濃度最高的地方，它不會在你的床上，而是在你的亞麻衣柜里，對吧？”當你不使用它們時，你存儲它們的位置。核斑點也被認為是如此。”

斑點可能是剪接體的儲存地點的想法促使Guttman更深入地研究核組織如何影響剪接過程。在最近的一篇文章中，他表明，當基因優(yōu)先定位在斑點附近時，mRNA的剪接效率顯著提高

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校（University of Illinois, Urbana-Champaign）的細胞生物學(xué)家Andrew Belmont沒有參與這項研究，他說：“這對RNA加工領(lǐng)域來說意義重大，因為現(xiàn)在它確實賦予了斑點的功能意義。”

Guttman和他的團隊對核組織如何影響基因調(diào)控的不同數(shù)量方面很感興趣。為此，他們之前開發(fā)了一種方法來識別小鼠胚胎干細胞中“斑點遠”和“斑點近”的不同基因組區(qū)域在他們的新研究中，他們使用CRISPR和CRISPR相關(guān)蛋白基因編輯技術(shù)將一個報告基因整合到這些基因組區(qū)域中。

報告基因是雙向的。一個轉(zhuǎn)錄方向產(chǎn)生剪接RNA，用綠色熒光蛋白（GFP）標記，另一個轉(zhuǎn)錄方向產(chǎn)生未剪接RNA，用藍色熒光蛋白（BFP）標記。當報告基因被整合到靠近斑點的基因組區(qū)域時，GFP與BFP的比例顯著提高。

小鼠胚胎干細胞是全能的，表達許多不同的基因，但Guttman想知道基因組結(jié)構(gòu)是否使組織特異性基因更接近斑點。為了找到答案，他研究了小鼠肌細胞中表達titin的Ttn基因，titin是收縮器官的關(guān)鍵成分。Guttman發(fā)現(xiàn)，與胚胎干細胞相比，Ttn在肌細胞中的位置更接近斑點，其相應(yīng)mRNA在肌細胞中的剪接效率也高于胚胎干細胞。此外，在肌細胞中位于Ttn基因組附近的其他基因被更有效地拼接。

根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，Guttman得出結(jié)論，斑點會發(fā)出剪接體。“想想圍繞太陽運行的行星，”他說。“當你離得越來越遠時，傳熱就會急劇減少。”類似地，對于剪接體發(fā)射斑點，Guttman解釋說，如果目標mRNA在附近，剪接體在細胞核內(nèi)有更小的搜索區(qū)域，使mRNA更容易被發(fā)現(xiàn)。

Guttman說：“通過物理空間組織，DNA結(jié)構(gòu)的重塑，實現(xiàn)兩個非常不同但關(guān)鍵集成過程的功能動力學(xué)耦合，這一想法是我沒有必要預(yù)料到的，但我認為這是令人難以置信的興奮，更一般地說，在思考細胞中定量調(diào)節(jié)如何發(fā)生的新機制方面。”

接下來，Guttman和他的團隊想要揭示基因組結(jié)構(gòu)如何組織以實現(xiàn)mRNA剪接的特定和精確動力學(xué)。“盡管所有這些分子在細胞核中隨機移動，但這兩個組成部分之間的相互親和力驅(qū)動了這種結(jié)合。這就是我們?yōu)槭裁匆闪⑦@個組織的原因，”Guttman說。

Belmont說：“在過去的幾年里，研究核斑點的論文數(shù)量已經(jīng)有所增加，但現(xiàn)在，這種強大的功能意義將說服更多的人考慮核斑點在核組織背景下與RNA加工相關(guān)的任何過程中的作用。”

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