Alternativ polyadenylering: en ny gräns för reglering efter transkription

okt 21, 2021
admin

Splicing, cappping och polyadenylering är tre viktiga steg i bearbetningen av pre-messenger RNA (pre-mRNA) till mRNA. Polyadenylering (poly(A)) innebär endonukleolytisk klyvning av pre-mRNA och tillägg av poly(A)-svansen vid klyvningsstället . Ett enskilt pre-mRNA har vanligtvis ett fåtal klyvnings-/polyadenyleringsställen (C/P) (polyA-ställen eller pA) . Alternativ polyadenylering (APA) kan så småningom ge upphov till flera polyadenyleringsisoformer av mRNA.

Enligt den nuvarande kunskapen är APA en omfattande process som genomförs genom samordnande åtgärder av flera små molekyler. 3′-bearbetningsfaktorerna är de viktigaste målen för APA-regleringen. En typisk APA-process omfattar följande steg: (1) CFIm (cleavage factor I) binder till UGUA-fältet i pre-mRNA uppströms från pA-platsen och lockar CPSF (cleavage and polyadenylation specificity factor) och CSTF (cleavage stimulation factor) att samlas i slutet av RNA-polymeras II. (2) När RNA-polymeras II avancerar binder CPSF till pA-signalsekvensen (t.ex. AAUAAA) och CSTF överförs till den nya mRNA-prekursorn och binder till den GU- eller U-rika sekvensen. (3) CPSF och CSTF inleder klyvningen av ~ 35 nukleosider efter pA-signalssekvensen, och polyadenyleringsbindande protein (PABPN1) i kärnan binder till polyadenyleringssvanssekvensen för att inleda PAP-processen; (4) Medan den PAP-medierade polyadenyleringen fortsätter förbereds adenosin svansar på ~ 50-250 nukleotider (nt) (beroende på organismens art) och CPSF dissocieras från sin bindningssekvens. (5) PABPN1 fungerar som en molekylär linjal under denna APA-progression, och definierar när polyadenyleringsprocessen ska upphöra. (6) PAP börjar dissociera, även om PABPN1 fortsätter att behålla sin bindningsstatus. Kombinationen av ovanstående 6 steg i samband med 5′-kapslingsprocessen främjar mRNA-mognad och eventuell export från kärnan till cytoplasman.

Omkring 50 ~ 80 % av däggdjurens pre-mRNA-transkriptioner har mer än en pA-plats. 3′-UTR av mRNA innehåller viktiga RNA-regulatoriska element som bestämmer när, var och hur mycket mRNA-transkriptet kommer att översättas . APA är en viktig regleringsmekanism för 3′-UTR efter transkription. APA-isoformerna i 3′-UTR spelar olika roller när det gäller att bestämma mRNA:s stabilitet, lokalisering, halveringstid och funktioner. Dessutom har tidigare studier visat att APA är involverad i sjukdomsprogression och läkemedelskänslighet, särskilt för läkemedel som riktar sig mot kromatinmodifierare . Även om APA-forskningen fortfarande befinner sig i ett tidigt skede, gör dess unika posttranskriptionella regleringseffekt den potentiellt både till en biomarkör för cancerprognos och -diagnos och till ett mål för utveckling av nya målterapier .

Hur APA modulerar pre-mRNA

Baserat på pAs placering kan APA klassificeras i två huvudkategorier: UTR-APA (fig. 1a) och kodningsregion-APA (CR-APA) (fig. 1b-d). För CR-APA är alternativa pAs belägna i exoner eller introner. CR-APA påverkar därför kodande regioner via alternativ splicing (AS), vilket leder till generering av proteinisoformer med olika C-terminaler. För UTR-APA finns alternativa pAs i 3′-UTR, vilket leder till att transkriptionsprodukterna innehåller samma kodningsram men varierande 3′-UTRs. Tidigare studier tyder på att globala UTR-APA-händelser är vävnadsspecifika, där3′-UTR-förkortning korrelerar positivt med cellproliferation och negativt med celldifferentiering .

Fig. 1
figur1

Komparation av APA och AS. a-c Mönstren av APA kan delas in i två huvudtyper: UTR-APA och CR-APA. För UTR-APA finns det alternativa PAS i 3′-UTR. Därför kan UTR-APA generera transkript med varierande UTR-längder utan att ändra de kodande sekvenserna. Det finns flera typer av CR-APA som kan ge transkript med avkortad kodningssekvens. d Gult används för att märka det förlängda exonet. För AS, e-constitutiv splicing; f exonskipping/inkludering; g alternativa 5′-spliceringsställen; h alternativa 3′-spliceringsställen; i intronretention; j ömsesidigt exklusiva exoner

Det 3′-bearbetande komplexet för pre-mRNA bildas av flera element, inklusive den kanoniska poly(A)-signalssekvensen AAUAAA eller dess närliggande varianter (t.ex.t.ex. AAAUAA, AUAAAA, AUUAAA, AUAAAU, AUAAAG, CAAUAA, UAAUAA, AUAAAC, AAAAUA, AAAAAA, AAAAAG), som används med varierande frekvens i hela genomet, vanligtvis inom 15-50 nts från pA-platsen. UGUA-element ligger ofta uppströms från pA-platsen, U-rika element ligger nära pA-platsen och U/GU-rika element ligger inom ~ 100 nts nedströms från pA-platsen . Men ~ 20 % av humana poly(A)-signaler är inte omgivna av U-/GU-rika områden .

Utav 80 kärnfaktorer i däggdjursceller är cirka 20 av dem involverade i C/P-maskineriet . Generellt kan dessa kärnfaktorer delas in i fyra element enligt följande (fig. 2) :

Fig. 2
figure2

APA-komplexet och dess maskineri. CFIm-komplexet binder till den konserverade uppströms UGUA-regionen för att förmedla klyvningsreaktionen och rekrytera andra proteiner, inklusive CPSF och CSTF. Efter att ha kombinerat sig med PAP translokaliserar detta komplex genom pre-mRNA på ett 5′ till 3′ sätt. Vid ankomsten till AAUAAA-regionen känner adenosinförsurningssignalen CPSF igen polyadenyleringssignalen AAUAAA och CPSF73 klyver mRNA:et. CSTF binder sedan till den GU- eller U-rika sekvensen. Den U-rika regionen som är bunden till CPSF:s FIP1L1-underenhet är belägen mellan polyadenyleringssignalen AAUAAA och klyvningsstället. Symplekin fungerar som ett ställnings-protein och PAPs katalyserar tillsättningen av obearbetade adenosiner. I allmänhet genererar användningen av de proximala pAs korta isoformer och översättningen kan undertryckas, vilket ofta resulterar i mindre protein

CPSF (cleavage and polyadenylation specificity factor) består av CPSF1-CPSF4 (även känd som CPSF160, CPSF100, CPSF73 och CPSF30), WDR33 och FIP1L1 (även känd som Fip1) . Den nuvarande uppfattningen är att WDR33 och CPSF4 interagerar direkt med pAs och att CPSF3 utför den endonukleolytiska klyvningen . CPSF, som arbetar som ett komplex, känner igen polyadenyleringssignalsekvensen AAUAAA och klyver pre-mRNA. Detta ger sekvensspecificitet som kan spela en viktig roll i regleringen av valet av pA-plats, genuttryck, cancercellsmigration, metastasering och slutligen sjukdomsutfall . Som en del av CPSF-komplexet är CPSF73 ett endonukleas som klyver pre-mRNA vid pA-platsen . Under oxidativ stress translokeras dock CPSF73 från kärnan till cytosolen och orsakar en betydande hämning av polyadenyleringsaktiviteten i prostatacancer . Dessutom kan Fip1, en medlem av CPSF-komplexet, potentiellt fungera som en regulator av cellulär självförnyelse. Fip1-depletion i embryonala stamceller (ESC) i mus resulterar i förlust av odifferentierade celltillstånd och självförnyelseförmåga på grund av användningen av den föredragna distala poly(A)-platsen (dpA), vilket i slutändan leder till 3′-UTR-förlängning av utvalda gener som bestämmer cellens öde .

CSTF (cleavage stimulation factor) består av CSTF1, CSTF2 och CSTF3 (50 kDa, 64 kDa respektive 77 kDa) och spelar en nyckelroll i klyvningsreaktionen . CSTF-komplexet kan binda till det U- eller GU-rika fältet nedströms från klyvningsstället för att öka klyvningen. CSTF2, även känt som CSTF64, interagerar till exempel direkt med det U/GU-rika området för att modulera den 3′-terminala bearbetningseffektiviteten . Vissa studier rapporterade att CSTF inte bara främjar användningen av pAs utan också påverkar cellproliferationen och potentiellt kan fungera som en biomarkör för cancerinvasion och prognos . CSTF64 fungerar som en viktig polyadenyleringsfaktor och en huvudregulator av 3′-UTR-förkortning i flera olika tumörtyper. Uttrycket av CSTF64 visade sig vara förknippat med dålig prognos för lungcancer och överuttryck av CSTF64 främjade lungcancercellproliferation och invasion .

CFI och CFII (klyvningsfaktorer I och II) består av CFIm25 (även känd som NUDT21/nudix hydrolas 21/CPSF5), CFIm59 och CFIm68, som alla binder sig uppströms det bevarade UGUA-motivet för att mediera klyvningsreaktionen . CFIm-bindning kan fungera som en primär bestämningsfaktor för pA-platser genom att slinga ut en hel pA-region och därigenom framkalla valet av en APA-plats . Andra proteiner, inklusive symplekin, poly(A)-polymeras (PAP) och poly(A)-bindningsprotein (PAB), kan också reglera valet av APA-plats. PABs (PABII, RBBP6, PABPN1) binder till den växande poly(A)-svansen och förhindrar interaktionen mellan CPSF och poly(A)-polymeraset. Dessa aktiviteter sker främst när svansen är ~ 250 nts och vars syfte är att kontrollera poly(A)-svansens längd medan APA i progression .

De faktorer som är involverade i C/P-maskineriet deltar vanligtvis i APA-regleringen. Bland dem har CFIm25 identifierats som den viktigaste globala regulatorn av APA, vars knockdown inte bara inducerar en global övergång till användning av proximal poly(A)-signal, utan också förbättrar målgenens stabilitet och uttryck . Huang et al. rapporterade att CFIm25-depletion signifikant ökar transkriptnivåerna av CCND1 och GSK3β, förutom att minska utnyttjandet av dPAS av flera onkogener (IGF1R, CCND1 och GSK3β) . Vidare visade genontologianalyser (GO) att CFIm25 inte bara modulerar APA via MAPK-signalvägar, utan också är kopplad till cancerassocierad signalering och signalvägar för ubiquitinering av proteiner . Dessutom leder utarmning av CFIm25 och CFIm68, men inte CFIm59, till val av proximala polyadenyleringsställen i HEK293-celler . Xia et al. rapporterade dock att det inte finns några skillnader i uttrycket av CFIm25 mellan tumörvävnad och frisk vävnad . Kubo et al. rapporterade också att CFIm kanske inte spelar någon roll för valet av poly(A)-plats . Takagaki et al. visade dessutom att CSTF64 är den första faktorn i APA 3′-end processing och att IgM kan använda APA för att aktivera B-celler i möss . Även om det verkar som om CFIm spelar en nyckelroll i regleringen av APA är dess exakta roll fortfarande oklar .

RNA-bindande proteiner (RBP) kan också påverka APA:s förmåga att rikta in sig på mRNA genom att konkurrera med eller förstärka bindningen av proteiner från polyadenyleringsmaskineriet till deras målplatser . Xiang et al. analyserade de globala APA-profilerna från en stor databas över olika cancertyper och föreslog att PABPN1 är huvudregulatorn för APA-profilering över olika cancertyper. Ett CTRP-dataset visade att PABPN1-uttrycket är statistiskt korrelerat med känsligheten för 31 läkemedel . RBPs kan fungera ensamma för att förhindra att andra APA-faktorer binder sig till de proximala poly(A)-platserna eller påverka APA-urvalet genom sin roll för att upprätthålla RNA-stabiliteten . Dessutom kan RBPs reglera den dynamiska APA-profilen och främja övergången från mitos till meios .

Hur APA regleras

APA är en mycket omfattande molekylärbiologisk process som involverar många cellulära element. För närvarande vet vi fortfarande inte mycket om denna unika biologiska process. Situationen har dock snabbt förbättrats på mycket kort tid efter att forskarsamhället känt av APA:s betydelse för cellbiologin och dess potentiella roll som ett nytt mål för cancerterapi. APA är en dynamiskt och rumsligt och tidsmässigt samordnad process med många centrala faktorer. CFIm kan till exempel binda till den specifika RNA-sekvensen i ett pre-mRNA och rekryterar sedan kärnfaktorn CPSF genom sin interaktion med en CPSF-underenhet, hFip15 . CSTF-64 kan interagera med CPSF73, men inte med CFIm25. Det observerades att både CSTF64- och CPSF73-nivåerna är förhöjda i de celler som migrerar in i den friska vävnaden, men inte för CFIm25-nivån . CFIm är involverad i det tidiga steget i sammansättningen av pre-mRNA 3′-processingkomplexet genom att alternativt stimulera eller undertrycka klyvning och poly(A)-tillsats beroende på nivåerna av sina egna eller andra kärnfaktorer och RNA-sekvensen som omger de potentiella klyvningsställena .

Bortsett från kärnfaktorerna deltar också en mängd fysiologiska förhållanden i APA-regleringen, t.ex. den lokala kromatinstrukturen, nukleosomernas positionering, DNA-metylering och histonmodifieringar . Intressant nog kan vissa faktorer som deltar i den 5′-terminala toppningen också påverka effektiviteten av både klyvning och polyadenylering .

Apta kan dessutom regleras på transkriptionsnivå. Transkriptionsmaskineriet, t.ex. transkriptionsinitiering, transkriptionsprogression och splicing, påverkar sannolikt polyadenyleringens effektivitet och specificitet . Att undersöka sambandet mellan de specifika sekvenselementen i promotorregionen och valet av poly(A)-plats kommer därför att vara till stor hjälp när det gäller att avslöja mekanismen bakom detta intressanta fenomen, vilket potentiellt kan bidra till att utveckla en ny strategi för cancerterapi .

Hur APA analyseras metodologiskt

Sedan effekterna av pAs i IgM- och dihydrofolatreduktas (DHFR)-genkodning observerades 1980 har en rad strikta forskningsmetoder och -strategier utvecklats för att identifiera och studera APA, till exempel Poly(A)-ClickSeq-tekniken för nästa generations sekvensering (NGS) . Med stöd av dessa nya metoder, särskilt med utvecklingen av NGS-tekniken och den snabba ackumuleringen av sekvenseringsdata från dessa genuttrycksvarianter, expanderar de experimentellt bestämda genetiska pA-databaserna kontinuerligt .

Baserade på 3′-berikade RNA-seq-protokoll kan APA-analysmetoderna klassificeras i huvudsak i två kategorier: oligo (dT) priming-baserade metoder och RNA-manipulationsbaserade metoder . Eftersom endast de läsningar som kartläggs till mRNA:s 3′ -terminaler är användbara för upptäckt av APA, begränsar antalet läsningar dessa metoder. Om lästäckningen av 5′- och 3′-terminalerna är låg kommer RNA-seq inte att vara lämplig för att identifiera pAs på ett exakt och omfattande sätt. En annan utmaning är att lösa oklarheterna i läskartläggningen på grund av att isoformtranskriptioner överlappar varandra. Även om det finns en begränsning i fråga om läslängd har en rad RNA-seq-algoritmer utvecklats för att kvantifiera relativa förändringar i 3′-UTR-längden och därmed förutsäga APA-händelser. Flera metoder och algoritmer för pA-detektion och APA-analys har också utvecklats under de senaste åren, t.ex. Dynamic Analyses of Alternative PolyA Adenylation (DaPars), 3USS, MISO, Roar, QAPA och Change Points . I en översikt från 2019 av Gruber och Zavolaneloferades ofta dessa metoder .

DaPars är den mest populära dataanalysmetoden bland dem, även om QAPA är effektivare och känsligare . DaPars identifierar distala pAs baserat på RNA-seq-data och använder sedan en regressionsmodell för att utföra de novo-identifiering och kvantifiering av dynamiska APA-händelser mellan två tillstånd, oavsett tidigare APA-annotation. Sannolikheten för att ge sekvenserade läsningar är enhetlig för enskilda isoformer. APA:erna förekommer vid positioner längs genplatser som uppvisar en tydlig minskning av RNA-seq lästäckningen . Efter att ha korrigerat den potentiella RNA-seq-observationen längs genkroppen kan den exakta platsen för den proximala APA-platsen identifieras, och de statistiskt signifikanta dynamiska APA:erna och deras aktiviteter kommer då att upptäckas. Den viktigaste metodologiska innovationen i DaPars är den direkta slutsatsen av de novo APA-händelser från befintliga RNA-seq-data utan att förlita sig på några ytterligare experiment. En annan fördel med DaPars är att den kan lösa överlappningen av angränsande gener som kan ge falskt positiva resultat genom att öka gränsvärdena. På grund av den ojämna lästäckningen längs loci begränsar dock denna metod noggrannheten för de novo poly(A)-platsdetektering genom att öka andelen falskt positiva resultat.

QAPA ger kvantitativ information om APA från konventionella RNA-seq-data genom att direkt uppskatta det absoluta uttrycket av den alternativa 3′-UTR-isoformen. Därefter beräknas det relativa uttrycket av varje isoform bland alla isoformer för att bedöma APA . Begränsningen med QAPA är att den kräver fördefinierade pAs. Detta problem kan dock mildras genom att generera en utökad resurs av annoterade pAs som innehåller data från 3′-UTR RNA-seq och andra resurser . På grund av bias i lästäckningen vid transkriptets 3′-terminus, dåligt utbyte av icke-templaterade läsningar som innehåller poly(A)-svansar och tvetydighet i kartläggningen av läsningar i överlappande isoformer av transkript, är metoderna baserade på kanoniska RNA-seq-data begränsade när de försöker kartlägga pA:erna exakt. I takt med den molekylära teknikens framsteg har dock metoderna för att studera APA ständigt ökat. Wang et al. använde CRISPR/Cas9-metodik för att studera APA:s biologiska funktion genom att redigera den svaga poly(A)-signalen till en kanonisk poly(A)-signal och styra signalerna till specifika poly(A)-platser .

Kort sagt har var och en av de nuvarande tillgängliga APA-analysmetoderna sina fördelar och begränsningar. De analysstrategier som bygger på kanoniska RNA-seq-data används mest inom APA-forskningsvärlden.

Studie på encellsnivå Fördelen med metoden på encellsnivå är att den avsevärt kan minska bakgrundsbruset från bulkceller som innehåller en blandning av RNA-material som extraherats från celler som härstammar från olika vävnader eller differentieringar.

Med utvecklingen av analysteknik för encellsanalyser har APA-variationer mellan cellerna nyligen undersökts . Även om APA-forskningen av enstaka celler sällan har bedrivits i stor skala, arbetar denna teknik med hög djup och full längd av RNA-seq av enstaka celler (scRNA-seq), vilket gör det till ett möjligt verktyg för att noggrant analysera APA. Jingle Bells och scRNA-SeqDB (https://bioinfo.uth.edu/scrnaseqdb/) använde scRNA-seq-dataset för att undersöka en mängd olika cancertyper . Ye et al. rapporterade användningen av scRNA-seq-data för att undersöka dynamiska variationer i användningen av APA i olika typer av mononukleära celler i benmärgen från stora provsamlingar som innehöll både friska kontroller och AML-patienter. De fann att AML-patienter, jämfört med friska individer, verkar ha lägre APA-diversitet bland åtta olika celltyper. De avslöjade vidare en omfattande inblandning av APA-reglering i erytropoesin under leukemiprogress på enstaka cellnivå . Genom att analysera 515 scRNA-seq-dataset från 11 bröstcancerpatienter rapporterade Kim et al. att celltypsspecifika APA kan identifieras i enskilda celler baserat på 3′-UTR-längdsvariation i kombination med genuttrycksnivå och APA-mönster. Dessutom visade de att immunspecifika APA-signaturer i bröstcancer potentiellt kan användas som en prognostisk markör för bröstcancer i tidigt skede .

APA och alternativ splicing: Även om det finns betydande skillnader mellan APA och alternativ splicing (AS) kan både APA och AS generera olika isoformer och till och med interagera med varandra under pre-mRNA-processen. Dessutom har APA fyra typiska isoformer, medan AS har sex (fig. 2). Flera djupgående analyser av transkriptomiska data från olika mänskliga vävnader och cellinjer avslöjade en stark korrelation mellan APA och AS . Om pA ligger inom det terminala exonet kan APA fungera som en speciell typ av AS, kallad CR-APA, som inte kan ha en inframe stoppkodon eller 3′-UTR och som troligen bryts ned snabbt genom den non-stop-kodmedierade mRNA-sönderfallsprocessen (fig. 1b) . Shen et al. rapporterade att APA och splicingfaktorn SRSF3 arbetade tillsammans för att modulera cellåldersprocessen . Medan APA kan spela en roll i vissa splicingfaktormedierade AS, kan splicingfaktorer också arbeta med APA-element för att hjälpa till i denna process. U2AF2 och RBPs kan till exempel interagera och rekrytera CFI för att underlätta bildandet av 3′-terminus nära polypyrimidinbanorna . Dessutom kan CPSF-komplexet interagera med splicingfaktorn TFIID (transkriptionsfaktor II D) för att reglera RNA-polymeras II . Man har också observerat att U1 snRNP (small nuclear ribonucleoprotein) kan verka inom introner genom att undertrycka för tidig klyvning och polyadenylering. U1-depletion leder också till aktivering av intron-poly(A)-signaler och orsakar genomomfattande APA .

AS och APA konkurrerar också med varandra vid CR-APA. Till exempel kan ablation av splicing factor 3B subunit1 (en komponent i U2 snRNP, även kallad SF3b1) aktivera intron PAS. U1 snRNP kan också självständigt påverka APA-splicingaktiviteter . Eftersom U1 snRNP kan binda till den 5′-terminala regionen av transkriptet och blockera potentiellt erkännande av klyvningsfaktorer, ökar knockdown av U1 snRNP utnyttjandet av pA-platser inom introner nära detta transkriptområde . Movassat et al. visade dock att sambandet mellan APA och AS är begränsat till terminala introner . De visade också att knockdown av CstF64 indirekt kan påverka AS av hnRNP A2/B1, men inte APA, i HeLa-celler .

Hur APA reglerar cellcykeln

Det finns många gener, bland annat TP53, CDC6 (celldelningscykel 6), CyclinD1 (CCND1) och CDK (cyklindrivet kinas), som är förknippade med kontrollpunkter för cellcykeln och reglerar cellcykelns utveckling. Eftersom pre-mRNA vanligtvis har mer än en pA-plats moduleras de cellcykelrelevanta genprodukterna av APA-mekanismen och genererar olika isomerer. 3′-UTR-förkortning av CDC6, en viktig regulator av DNA-replikation, är kopplad till högre CDC6-proteinnivåer och ökat inträde i S-fasen i bröstcancerceller . Cyklin D1, som spelar en viktig roll för att främja G1-S-fasövergången i många celltyper, är föremål för APA-reglering via både UTR-APA- och CR-APA-mekanismer . Xiang et al. undersökte dessutom de 10 % av alla 20 532 gener som är associerade med APA-händelser och observerade att de flesta av dessa gener deltar i kromatinstrukturrelaterade aktiviteter, vilket tyder på ett samband mellan APA-bearbetning och modifiering av kromatinstrukturen . Mitra et al. fann att APA fungerar som en länk mellan cellcykel och vävnadsmigration genom att analysera dermala excisionssår hos möss . De visade att prolifererande celler i anslutning till sår uttrycker högre nivåer av APA-faktorer än vilande fibroblaster i oskadad hud. PIGN, som reglerar cellcykeln genom att interagera med spindelsammansättningens kontrollpunktsproteiner, visade sig habrt 6 pA platser i sin 3′-UTR (Fig. 3) .

Fig. 3
figure3

Spårning av PIGN av Grch37/hg19. PIGN-platsen i kromosom18(q21.33) har tre transkriptioner. Det finns 6 pAs i polyA-databasen

Hur APA interagerar med miRNA vid posttranskriptionell modulering

Mer än 50 % av de bevarade mikroRNAs (miRNAs) målpunkter som är bosatta nedströms proximala pAs i däggdjursgener. Som ett resultat spelar UTR-APA en nyckelroll i regleringen av interaktionen mellan transkript och miRNAs . APA har nyligen identifierats som en utbredd mekanism som styr genernas stabilitet och uttryck. MiRNA-målpunkterna är oftast belägna i 3′-UTR . Transkript med kortare 3′-UTR-längder är vanligtvis mer stabila på grund av förlusten av målpunkter för miRNA. Det har tidigare visats att APA är en viktig regleringsmekanism i flera cancertyper, t.ex. glioblastomtumör, hepatocellulärt karcinom, prostatacancer och bröstcancer . Gruber et al. rapporterade dock att 3′-UTR-förkortning endast har en begränsad inverkan på proliferationen av murina och humana T-lymfocyter. De visade också att inte varje APA-händelse är kopplad till högre proteinnivåer . Flera studier har rapporterat att effekterna av APA på mRNA-stabilitet och ribosomladdning är marginella, beroende på det celltypspecifika miRNA-uttrycket och tillgången på RNA-bindande proteiner . Ett typiskt exempel är regleringen av PAX3-genuttrycket. PAX3 är en viktig regulator av myogenisk differentiering, vars transkript har en miR-206-målplats i 3′-UTR. PAX3-isoformer visar dock varierande differentieringsmönster i olika muskeltyper .

APA kan också modulera miRNA-mål som ligger i introner. ZFR-genen är måltavla för sitt introniska miRNA (miR-579) i U87-cellinjen. Hinske et al. rapporterade också att APA-signalen spelar en roll för att leverera miRNA-negativ återkoppling till ZFP-genen .

APA påverkar genuttrycket inte bara genom att förkorta 3′-UTR för att ta bort miRNA-målpunkterna, utan också via andra molekylära mekanismer. Masamha et al. rapporterade att CFIm25 och miR-23 var oberoende när det gällde att undertrycka uttrycket av en av glutaminasisoformernas 3′-UTR . Även om mRNA undgår miRNA-undertryckning genom att förkorta 3′-UTR för att ta bort miRNA-målplatsen (en kanonisk APA-mekanism), finns det därför även andra interaktionsmekanismer för APA och miRNA.

Prospects

APA är ett relativt nytt biomedicinskt forskningsområde. Även om vi har uppnått en del milstolpar inom APA-forskningen under de senaste åren återstår mycket att belysa (fig. 4). APA-studierna har under de senaste åren varit inriktade på de direkta effekterna av olika trans-aktörer. Framtida undersökningar kommer förhoppningsvis att koncentrera sig på signalregleringen av dessa transaktiva faktorer på molekylär och cellulär nivå. Det är känt att APA spelar en avgörande roll när det gäller att redigera pre-mRNA och bestämma specificiteten och stabiliteten hos de efterföljande mRNA-isoformerna. APA deltar i moduleringen av det medfödda antivirala immunsvaret, regleringen av cancerinitiering och prognos samt utvecklingen av läkemedelsresistens. Samtidigt beter sig APA på olika sätt beroende på individuell gen, celltyp, vävnadstyp och till och med sjukdom. Att förstå APA och dess omfattande regleringsmekanismer i mänskliga sjukdomar kommer att öppna en ny mötesplats för att eftersträva precisionsmedicin och personlig medicin.

Figur 4
figur4

APA påverkar på molekylär, cellulär och klinisk nivå. a APA kan påverka cellfunktioner genom olika molekylära mekanismer;b&c APA har samband med många typer av sjukdomar och diagnos, prognos och behandling av sjukdomar

.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.