核仁的功能 清华大学杨雪瑞课题组发现LncRNA-LETN控制细胞核仁形态与功能活性的关键作用

人类等高等哺乳动物的基因组中含有大量的长非编码RNA，其中大部分具有未知的功能。在数以万计的lncrnas中，最近的研究发现有数百个lncrnas与各种细胞过程和生理功能有关，但在核心细胞过程中不可或缺并发挥决定性作用的lncrnas仍然非常少见。

lncrnas种类繁多，功能复杂多样，缺乏研究基础和先验知识。因此，在许多生物医学研究中，面对lncrnas的许多未知功能，很难快速产生可验证的原创性科学假说。杨课题组的一个重要研究方向是致力于癌症系统生物学方法的发展。针对lncRNA功能研究中的实际问题，他们聚焦于肿瘤系统，利用已发表的各种癌症的大队列数据，系统分析了成千上万个lncRNA对肿瘤中转录调控通路的影响，并将其作为lncRNA生理功能的量化指标，进行优先排序。

此前，实验室曾使用类似的策略系统研究涉及单个lncRNA或RNA结合蛋白和全基因组DNA甲基化位点的转录调控系统，并在此基础上发现HNRNPC蛋白控制乳腺癌细胞内含子Alu加工和内源性双链RNA积累，调节细胞免疫反应，发现lncRNA NEAT1通过控制转录因子AGRN驱动前列腺癌细胞周期。

2021年1月11日，杨实验室在《Cell Research》杂志发表论文《lnc RNA let n与蛋白质NPM1在控制维持c的核结构和功能上的相互依赖》细胞增殖研究论文。

研究团队首次发现了一种对高增殖率细胞的核仁结构和功能非常重要的lncRNA，并将其命名为LETN。该研究还揭示了lncRNA LETN与其相互作用蛋白NPM1之间的协同进化关系，对未来lncRNA功能的研究具有很高的启发性。

在这项研究中，杨的实验室发现，RP11-196G18.22在所有lncRNA中排名第一，这与所有其他lncRNA明显不同，并显示出非常强大的全球影响力。

受此线索启发，研究团队对RP11-196G18.22的功能和机制进行了全面深入的研究，最终发现RP11-196G18.22与NPM1蛋白相互作用，在过度增殖细胞中发挥了不可或缺的关键作用，并将其更名为LETN。

本研究发现，LETN在多种肿瘤中的表达水平上调，通过与核仁素NPM1的直接结合而停留在核仁中，并在促进NPM1五聚体的形成中发挥重要作用。

核仁是真核细胞中非常重要的无膜细胞器，是核糖体RNA转录、加工和核糖体亚单位组装的场所，控制细胞蛋白质合成、有丝分裂和应激等多种生物学功能。快速增殖的细胞，如肿瘤细胞和神经前体细胞，高度依赖于活跃的核仁功能，而核仁的功能和结构依赖于NPM1五聚体的形成。因此，LETN通过控制NPM1的寡聚化组装来控制核仁的正常形态和细胞功能，包括核糖体RNA合成和染色质浓缩。

LETN的敲除严重破坏了核仁中NPM1的组装分布

此外，从进化的角度来看，LETN只出现在人类和其他高等灵长类动物中，NPM1蛋白在高等灵长类动物中也有两个特定的氨基酸位点突变。本文发现这两个位点的突变导致NPM1对非编码RNA LETN的高度依赖。因此，本文认为LETN和NPM1之间可能存在共同进化，这导致了人类细胞中核仁调节的新调节水平，这是由lncRNA LETN完成的。

人和小鼠在NPM1蛋白两个位点的差异导致了人细胞核仁中特异性的LETN-NPM1相互作用

清华大学生命学院博士生王先腾为论文第一作者，杨为论文通讯作者。课题组其他成员、宋万禄、徐辉、肖、黄荣耀等对此研究作出了重要贡献。同济大学秦深课题组和北京协和医院肝脏外科赵海涛教授为研究提供了很大的帮助。