撰文丨蓁  灼

責(zé)編丨迦  溆

細(xì)胞凋亡,，一種程序性細(xì)胞死亡，廣泛參與了多種生命過(guò)程并發(fā)揮了重要作用,；這些生命過(guò)程包括了發(fā)育中的組織重塑,，損傷細(xì)胞清除，病原入侵誘發(fā)的免疫防御以及腫瘤的免疫監(jiān)視等,。另一方面,，對(duì)細(xì)胞凋亡的抵抗是腫瘤細(xì)胞的獲得性特征，因此深入了解殺傷性細(xì)胞誘導(dǎo)的靶細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制將有助于提高腫瘤免疫治療的效果,。

經(jīng)典途徑的細(xì)胞凋亡由BCL-2家族介導(dǎo)的線粒體外膜通透性（mitochondrial outer membrane permeabilization,，MOMP）及半胱天冬蛋白酶caspase的活化所觸發(fā),。MOMP引起包括細(xì)胞色素c在內(nèi)的多種促凋亡因子自線粒體膜間隙釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)；釋放出的細(xì)胞色素c起始并參凋亡小體的組裝,，隨后活化caspase-9并進(jìn)而激活效應(yīng)caspase,；效應(yīng)caspase靶向并剪切一系列胞內(nèi)蛋白質(zhì)，最終引發(fā)細(xì)胞凋亡【1,2】,。對(duì)于細(xì)胞凋亡的研究一直集中在caspase催化的底物蛋白質(zhì)降解,、MOMP及基因組DNA和細(xì)胞膜磷脂的變化。值得注意的是,，一些研究表明,，凋亡中細(xì)胞RNA代謝的變化能夠促進(jìn)細(xì)胞死亡的進(jìn)程。在細(xì)胞凋亡過(guò)程中,，mRNA前體的剪切與RNA的核外運(yùn)輸受到抑制,，新生蛋白的合成受到阻礙【3】。然而,，細(xì)胞凋亡阻抑蛋白質(zhì)翻譯的過(guò)程與機(jī)理目前仍未完全闡釋明晰【4】,。

人的mRNA普遍較為穩(wěn)定，平均半衰期約為7小時(shí)【7】,。在正常情況下,，大部分mRNA的降解起始于去腺苷酸化作用，并隨即發(fā)生由核酸外切酶XRN1與核酸外切體分別介導(dǎo)的5’ 端-3’ 端與3’ 端-5’端的核酸外切水解【5】,。然而,，在細(xì)胞凋亡過(guò)程中，有關(guān)RNA命運(yùn)的決定目前知之甚少,。

5月18日,，美國(guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Judy Lieberman教授課題組（一作劉星博士現(xiàn)為中科院上海巴斯德研究所研究員，“青年千人”）在Cell雜志上發(fā)表了題為 PNPT1 Release from Mitochondria during Apoptosis Triggers Decay of Poly(A) RNAs 的研究論文,，針對(duì)細(xì)胞凋亡過(guò)程中RNA廣泛降解這一現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究并闡明了其發(fā)生的分子機(jī)理,。研究表明，細(xì)胞凋亡早期多聚腺苷酸化RNA的降解依賴于MOMP并起始于RNA的3’端,。3’端-5’端的核糖核酸外切酶PNPT1通過(guò)MOMP自線粒體釋放并介導(dǎo)了凋亡過(guò)程的RNA降解及細(xì)胞凋亡,。PNPT1的作用可被RNA 3’ 端的二級(jí)結(jié)構(gòu)及RNA結(jié)合蛋白所抑制。因而揭示了細(xì)胞凋亡過(guò)程中RNA廣泛降解的新機(jī)制,。

在這項(xiàng)研究中,，研究人員首先利用RNA-seq發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)在細(xì)胞發(fā)生凋亡的早期，含有多聚腺苷酸尾（poly（A） tail）的RNA能夠被迅速并顯著地降解,，這一過(guò)程依賴于MOMP,；并且發(fā)生降解的RNA主要是mRNA與定位于胞質(zhì)的多聚腺苷酸化的非編碼RNA（ncRNA），而核內(nèi)的ncRNA沒(méi)有明顯變化,。此外,，蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)并不參與凋亡相關(guān)的RNA降解過(guò)程,。進(jìn)一步地，研究人員通過(guò)測(cè)序數(shù)據(jù)分析及細(xì)胞水平的報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn),，凋亡相關(guān)的廣泛RNA降解過(guò)程起始于RNA 3’ 端,；隨后，研究人員通過(guò)構(gòu)建體外降解系統(tǒng),，利用生化分析以及細(xì)胞水平驗(yàn)證,，發(fā)現(xiàn)定位于線粒體的核酸外切酶PNPT1是觸發(fā)mRNA降解的起始因子。PNPT1在細(xì)胞凋亡起始階段從線粒體釋放到細(xì)胞質(zhì)中,，與底物RNA結(jié)合后從3’端剪切底物RNA,，引發(fā)RNA降解。該研究還發(fā)現(xiàn)胞質(zhì)poly（A）結(jié)合蛋白(Poly(A)-binding protein, PABP)可抑制RNA降解過(guò)程的發(fā)生,，而在MOMP發(fā)生的細(xì)胞中PABP與mRNA發(fā)生解離,，促進(jìn)了PNPT1與 mRNA多聚腺苷酸尾的結(jié)合并引發(fā)去腺苷酸化過(guò)程。

PNPT1蛋白自細(xì)菌的多核苷酸磷酸化酶（polynucleotide phosphorylase, PNPase）進(jìn)化而來(lái),，可以通過(guò)其3’端-5’端的RNA酶活性調(diào)控細(xì)菌RNA的半衰期,。哺乳動(dòng)物PNPT1定位于線粒體膜間隙,，這一區(qū)域并不含有任何RNA,。有研究表明，PNPT1介導(dǎo)了染色體編碼的參與線粒體呼吸作用的RNA從胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體基質(zhì)【8】,。但PNPT1核酸酶活性參與的細(xì)胞過(guò)程并不清楚,。這一研究第一次揭示了PNPT1以核酸外切酶的身份在胞質(zhì)發(fā)揮作用，介導(dǎo)了凋亡相關(guān)的泛RNA的降解,，進(jìn)而促進(jìn)了細(xì)胞凋亡的進(jìn)程,。由于PNPT1三聚體化后發(fā)揮功能，形成的活性孔洞較狹窄,，帶有高級(jí)結(jié)構(gòu)的非編碼RNA無(wú)法進(jìn)入孔洞因此能夠抵抗PNPT1的切割,，揭示了PNPT1對(duì)底物選擇性的機(jī)制。

因此,，這項(xiàng)研究為細(xì)胞凋亡發(fā)生過(guò)程中RNA的廣泛降解提供了新的機(jī)制,。與同實(shí)驗(yàn)室此前的研究相結(jié)合【6】，共同揭示了經(jīng)典細(xì)胞凋亡通路中RNA自3’端起始降解至完全降解的酶促級(jí)聯(lián)效應(yīng),，并為增強(qiáng)免疫細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷提供了新的理論基礎(chǔ)和策略,。

1. Taylor, R.C., Cullen, S.P., and Martin, S.J. (2008). Apoptosis: controlled demolition at the cellula level. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 9, 231–241.

2. Riedl, S.J., and Shi, Y. (2004). Molecular mechanisms of caspase regulation during apoptosis. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 5, 897–907.

3. Rajani, D.K., Walch, M., Martinvalet, D., Thomas, M.P., and Lieberman, J. (2012). Alterations in RNA processing during immune-mediated programmed cell death. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109, 8688–8693.

4. Thomas, M.P., and Lieberman, J. (2013). Live or let die: posttranscriptional gene regulation in cell stress and cell death. Immunol. Rev. 253, 237–252.

5. Schoenberg, D.R., and Maquat, L.E. (2012). Regulation of cytoplasmic mRNA decay. Nat. Rev. Genet. 13, 246–259.

6. Thomas, M.P., Liu, X., Whangbo, J., McCrossan, G., Sanborn, K.B., Basar, E., Walch, M., and Lieberman, J. (2015). Apoptosis triggers specific, rapid, and global mRNA decay with 30 uridylated intermediates degraded by DIS3L2. Cell Rep. 11, 1079–1089.

7. Tani, H., Mizutani, R., Salam, K.A., Tano, K., Ijiri, K., Wakamatsu, A., Isogai, T., Suzuki, Y., and Akimitsu, N. (2012). Genome-wide determination of RNA stability reveals hundreds of short-lived noncoding transcripts in mammals. Genome research 22, 947-956.

8. Wang, G., Chen, H.W., Oktay, Y., Zhang, J., Allen, E.L., Smith, G.M., Fan, K.C., Hong, J.S., French, S.W., McCaffery, J.M., et al. (2010). PNPASE regulates RNA import into mitochondria. Cell 142, 456-467.

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