Nature投稿历时5年 | 大脑中的“治安官”

撰文 | Qi

#神经退行疾病#

人类基因组表达成千上万的天然反义转录物（natural antisense transcripts, NAT），可以调节表观遗传状态、转录、RNA稳定性或其重叠基因的翻译【1】。 tau蛋白是一种稳定轴突微管的神经元固有的内在无序蛋白（intrinsically disordered protein, IDP），过度磷酸化、易聚集的tau会形成tau蛋白病的标志性包涵体【2】。此外，已有研究报道MAPT（tau蛋白编码基因）突变导致家族性额颞痴呆， MAPT H1单倍型的常见变异是许多tau蛋白病和帕金森病的重要危险因素。 MAPT-AS1 ，作为一种富含于大脑的NAT ，是否以及如何参与tau蛋白病等神经退行性疾病的过程还不得而知。

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2021年5月19日，来自英国UCL皇后广场神经病学研究所的 Rohan de Silva和Roberto Simone团队在Nature杂志上发表了一篇题为MIR-NATs repress MAPT translation and aid proteostasis in neurodegeneration 的文章，这项研究报道了MAPT-AS1包含一个嵌入的哺乳动物广泛散布重复序列（mammalian-wide interspersed repeat, MIR），能通过与MAPT mRNA内部核糖体进入位点来竞争核糖体RNA配对从而抑制tau蛋白翻译，表明MAPT-AS1在tau蛋白病中发挥关键作用，并揭示了MIR-NATs对IDPs的严格控制翻译的潜在广泛贡献，尤其与神经退行性变中的蛋白质稳定相关。

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人脑RNA-seq数据显示MAPT-AS1组织分布与MAPTmRNA相似，两者呈正相关。为了评估MAPT-AS1在疾病中的作用，作者首先分析了最近其他研究的几项多组学数据【3, 4】发现tau病理严重程度与MAPT-AS1水平呈负相关。随后，作者利用siRNA和慢病毒感染两种方法沉默MAPT-AS1以检测其对MAPT表达的影响，结果均导致tau蛋白水平显著增加而不影响MAPT mRNA水平。那么在这个过程中，究竟MAPT-AS1的哪部分序列在发挥作用呢？为此，作者在SH-SY5Y细胞中稳定表达全长MAPT-AS1或靶向缺失截断体，再次验证不同结构域对tau的翻译抑制作用。结果显示， MAPT-AS1以模块化的方式起作用，需要5′ 区赋予靶特异性， 3′MIR CORE-SINE区来介导翻译抑制。

先前研究已经表明， Tau翻译可通过cap依赖性和内部核糖体进入位点（internal ribosome entry site, IRES）介导的机制发生【5, 6】。接下来，作者想知道可以直接干扰核糖体向MAPT 5′UTR募集的MAPT-AS1必要基序。于是作者使用7-nt窗口对MAPT-AS1、18s rRNA和MAPT-5′UTR之间的相似性进行BLAST ，发现MIR中有两个7-mer基序，其中之一与和18s rRNA相互作用的tau-IRES序列相同，另外一个与之互补，表明MIR与第一个IRES基序竞争rRNA结合，并直接阻断第二个IRES基序，从而影响核糖体的募集。