清华新闻网9月6日电 miRNA通过调节基因表达，在植物生长发育、逆境响应等过程中发挥重要调控作用；阐明miRNA的产生和功能机制，对于揭示基因表达调控规律、开发改良作物农艺性状的新资源具有重要意义。植物miRNA由Dicer-Like1（DCL1）、SERRATE（SE）和HyponasticLeaves 1（HYL1）组成的复合体切割其前体pri-miRNA产生。DCL1、HYL1及SE共定位于细胞核中并形成2-4个直径为0.2-0.8μm的切割小体（Dicing body）。戚益军研究组之前发现切割小体由SE蛋白通过液-液相分离驱动组装形成。miRNA前体在切割小体中高效加工为成熟的miRNA，成熟的miRNA随后与HYL1结合，从切割小体中释放至小体外进而发挥功能。这些发现阐明了植物miRNA产生的核心工作机制，但对于切割小体的形成及其在miRNA生成中的作用是如何得到调节的，迄今知之甚少。
8月29日，清华大学生命科学学院、植物生物学研究中心戚益军课题组在《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线发表题为“肽基脯氨酰异构酶CYP71促进拟南芥中SERRATE相分离和miRNA加工”（Peptidyl-prolyl isomerase Cyclophilin 71 promotes SERRATE phase separation and miRNA processing inArabidopsis）的研究论文。该研究发现环孢亲和蛋白Cyclophilin71（CYP71）利用其肽基脯氨酰异构酶（peptidyl-prolyl isomerase，PPIase）活性促进SE相分离和切割小体形成，增强DCL1-SE-HYL1复合体切割活性，从而促进miRNA加工。该发现揭示了植物切割小体形成及miRNA产生的重要调节机制。
研究中，戚益军课题组首先通过正向遗传筛选发现，CYP71调控miRNA的产生和植物发育（图1）。CYP71的突变导致很多miRNA的积累水平显著降低，而其靶基因表达升高。在CYP71突变体中，MIR基因的转录水平基本没有变化，但miRNA前体水平升高，提示CYP71可能正向调节miRNA加工。

图1.CYP71突变导致拟南芥发育缺陷和miRNA积累水平降低
研究发现，CYP71可以与SE发生直接相互作用，研究组因此检测了CYP71是否调控SE相分离及切割小体形成。结果表明，在体外，CYP71促进SE相分离及切割小体的组装，在植物体内，CYP71的突变会导致大多数植物细胞不能形成切割小体（图2）。CYP71具有PPIase活性结构域。通过对两个保守的氨基酸残基（R519或F524）进行定点突变，构建了PPIase活性减弱的CYP71变体。发现CYP71变体不能促进SE相分离及切割小体的组装，说明CYP71利用其PPIase活性促进SE相分离及切割小体形成。

图2.CYP71促进SE相分离和切割小体的形成
SE能够通过驱动切割小体的形成提高DCL1-SE-HYL1复合体的切割效率。研究组因此进一步检测了CYP71对miRNA加工的影响。结果表明，CYP71可显著提高体外重组的切割小体的活性，而其PPIase活性减弱变体R519A和F524A则无促进作用。同时，遗传学证据表明，CYP71的PPIase活性为植物体内miRNA的高效生成所必需。
该研究首次揭示了环孢亲和蛋白对miRNA加工的调控功能，并揭示肽基脯氨酰顺反异构化在SE相分离中的重要调控功能。肽基脯氨酰顺反异构化是一种肽键顺式构象与反式构象之间的转变，可通过诱导蛋白质构象变化，改变蛋白质的表面特性，从而调节蛋白质分子之间的相互作用。在小鼠和人类细胞中，能够相分离的蛋白质在肽基脯氨酰异构酶A（环孢亲和蛋白A）底物中富集，表明肽基脯氨酰顺反异构化可能是调节蛋白质相分离的通用机制。
戚益军教授为该论文的通讯作者，助理研究员李艳为该论文的共同通讯作者，已毕业博士生赵高展、牛锦荣和2021级博士生海卓妍为论文共同第一作者，2018级博士生李腾飞，已毕业博士生谢东奇亦参与了工作。该研究由国家自然科学基金委提供经费支持。
论文链接：
www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2305244120
供稿：生命学院
题图设计：李娜
编辑：李华山
审核：郭玲
2023年09月06日 09:09:23