在過(guò)去的幾年里，大量的研究豐富了我們對(duì)APA的認(rèn)識(shí)，APA是調(diào)節(jié)基因表達(dá)的一個(gè)重要和廣泛的機(jī)制。細(xì)胞中70%蛋白質(zhì)編碼基因3’UTR中含有保守的miRNA靶點(diǎn)，11%蛋白質(zhì)編碼基因3’UTR中含有RBP結(jié)合位點(diǎn)，APA通過(guò)調(diào)控3’UTR的長(zhǎng)度，改變mRNA穩(wěn)定性、定位和翻譯效率，改變癌基因或抑癌基因的蛋白質(zhì)表達(dá)水平及其功能定位。另一方面，APA能夠形成丟失某些重要結(jié)構(gòu)域的截短型蛋白，通過(guò)拮抗原有基因的功能參與疾病發(fā)生發(fā)展進(jìn)程。因此，對(duì)APA形成機(jī)制的研究將為認(rèn)識(shí)疾病發(fā)生發(fā)展提供新視角。

真核細(xì)胞中，絕大多數(shù)基因的初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物——前體mRNA（pre-mRNA）必須經(jīng)過(guò)剪接等加工過(guò)程，才能形成成熟的mRNA。在pre-mRNA成熟過(guò)程中，可變剪接（alternative splicing, AS）通過(guò)去除pre-mRNA內(nèi)含子，使特定外顯子相互連接，經(jīng)過(guò)后續(xù)修飾加工等過(guò)程形成成熟的mRNA。單個(gè)基因能夠利用多個(gè)切割和多聚腺苷酸化信號(hào)（PAS），產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)具有不同3’末端的mRNA轉(zhuǎn)錄本。因此，選擇性多聚腺苷酸化（APA）在控制mRNA的穩(wěn)定性、定位、翻譯、蛋白質(zhì)編碼和蛋白質(zhì)定位方面至關(guān)重要。本文主要介紹了APA及其功能、與疾病的關(guān)系、文獻(xiàn)分享等。

APA是指具有多個(gè)PAS的基因，在其mRNA 3’端成熟過(guò)程中，由于選擇不同的PAS，導(dǎo)致產(chǎn)生出多個(gè)3’UTR長(zhǎng)度和序列組成不同的轉(zhuǎn)錄異構(gòu)體。APA是真核生物的一個(gè)重要轉(zhuǎn)錄后調(diào)控方式。它廣泛存在于所有真核生物中，是基因調(diào)控的主要機(jī)制。APA具有組織特異性，對(duì)細(xì)胞的增殖和分化具有重要意義。

圖1 APA示意圖

APA的功能

APA調(diào)控主要影響目標(biāo)mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率以及翻譯后蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位，進(jìn)而精細(xì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)。

APA影響mRNA穩(wěn)定性

3’UTR包含被RBP、miRNAs和lncRNAs特異性識(shí)別的順式元件。miRNAs可以與mRNA的3’UTR結(jié)合，并在轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)控基因表達(dá)。它們通過(guò)翻譯抑制和降解mRNA來(lái)調(diào)節(jié)其結(jié)合mRNA的翻譯和穩(wěn)定性。由于3’UTR中存在APAs，產(chǎn)生了不同3’端異構(gòu)體。這種機(jī)制可以改變3’UTR所包含的miRNA結(jié)合位點(diǎn)。

APA對(duì)mRNA翻譯的影響

除了包含決定mRNA穩(wěn)定性的序列外，3’UTR還包括與調(diào)節(jié)mRNA翻譯的因子相互作用的元件。APA對(duì)mRNA翻譯的影響的研究已經(jīng)報(bào)道較長(zhǎng)的異構(gòu)體通常結(jié)合在多聚體組分中，并具有更高的翻譯效率。未受刺激的海馬神經(jīng)元主要包含一種腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）亞型，具有更短的3’UTR，而更長(zhǎng)、更有效翻譯的3’UTR亞型只在神經(jīng)元激活或分化后存在。

mRNA的核輸出和定位

3’UTR相關(guān)的RBPs和運(yùn)動(dòng)蛋白之間的相互作用可以促進(jìn)轉(zhuǎn)錄本動(dòng)員到不同的亞細(xì)胞隔間。~10%的3’UTR APA亞型在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間的分布差異，長(zhǎng)3’UTR亞型通常在細(xì)胞核中富集。3’UTR APA也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的定位差異，因?yàn)殚L(zhǎng)3’UTR有助于mRNA定位到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER），并加速膜蛋白的表達(dá)。

蛋白質(zhì)定位

3’UTR的APA可以影響不同3’UTR長(zhǎng)度的mRNA轉(zhuǎn)錄本產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的定位，而不依賴于mRNA的定位。3’UTR APA對(duì)CD47蛋白定位有影響。具有短3’UTR和長(zhǎng)3’UTR的CD47亞型編碼相同的蛋白質(zhì)。由較短的亞型蛋白編碼的蛋白質(zhì)定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，而由較長(zhǎng)的亞型蛋白編碼的蛋白質(zhì)定位于質(zhì)膜。

APA功能

目前已知絕大多數(shù)的真核生物基因都存在APA。作為基因表達(dá)的一個(gè)重要調(diào)控機(jī)制，APA的異常與人類疾病密切相關(guān)。目前發(fā)現(xiàn)，血液、免疫、神經(jīng)、癌癥等多種疾病與APA的異常相關(guān)。

癌癥

正常細(xì)胞中癌基因通常使用遠(yuǎn)端PAS形成長(zhǎng)3’UTR亞型，而腫瘤細(xì)胞往往使用近端PAS而形成短3’UTR亞型。3’UTR的縮短可能顯著減少了miRNA的抑制作用，使mRNA更趨于穩(wěn)定，翻譯效率顯著提高，使相關(guān)基因蛋白質(zhì)表達(dá)水平升高。乳腺癌腫瘤樣本的PAS-seq測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，ER陽(yáng)性乳腺癌組織中PRELID1基因mRNA的3’UTR顯著縮短(PRELID1短亞型)，與PRELID1長(zhǎng)亞型相比，PRELID1短亞型顯著提高PRELID1基因mRNA穩(wěn)定性和翻譯效率，隨著PRELID1表達(dá)水平的提高，腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)速度加快，腫瘤患者生存率顯著降低。

神經(jīng)退行性疾病

在阿爾茲海默癥(AD)患者中，微管相關(guān)蛋白的Tau基因選擇利用近端PAS，避免了miR-34a的抑制作用，導(dǎo)致TAU蛋白的表達(dá)增加，加劇神經(jīng)元內(nèi)TAU蛋白凝聚，造成神經(jīng)纖維纏結(jié)。在帕金森疾病(PD)患者中，細(xì)胞內(nèi)多巴胺會(huì)促進(jìn)α-突觸蛋白(α-synuclein)基因產(chǎn)生長(zhǎng)3’UTR亞型轉(zhuǎn)錄本，增強(qiáng)了α-突觸蛋白轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性和蛋白表達(dá)水平，造成α-突觸蛋白由突觸末端向線粒體和細(xì)胞體轉(zhuǎn)移，蓄積的α-突觸蛋白形成路易小體。

免疫

在動(dòng)脈粥樣硬化、II型糖尿病、結(jié)腸炎和關(guān)節(jié)炎等慢性炎癥疾病患者中，炎癥反應(yīng)因子NLRP3的短3?UTR亞型轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)水平較高，NLRP3的短3’UTR亞型轉(zhuǎn)錄本可逃避TTP和miR-223的負(fù)調(diào)控，導(dǎo)致NLRP3蛋白表達(dá)升高，誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)生炎癥反應(yīng)。

血液疾病

在地中海貧血患者中，α2-globin和β-globin基因近端PAS的突變和缺失造成了遠(yuǎn)端PAS選擇利用的增加；同樣發(fā)現(xiàn)，在靜脈血栓患者中，近端PAS突變引起的凝血酶原基因遠(yuǎn)端PAS的利用增加。在急性粒細(xì)胞白血病患者中，CPSF160的表達(dá)顯著高于健康人群，造成白血病相關(guān)的融合基因產(chǎn)生高穩(wěn)定性的短3'UTR亞型轉(zhuǎn)錄本，促進(jìn)白血病細(xì)胞生長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)