摘要：

调节可变剪接并参与肝细胞癌的新机制

MALAT1是一条“泛癌性”的lncRNA，其表达紊乱与多种肿瘤的发生发展密切相关。就其细胞内的定位而言，MALAT1主要分布于亚细胞核结构nuclear speckle，能够通过促进SR蛋白在nuclear speckle和基因转录位点之间的穿梭转运调控可变剪接。尽管如此，全基因组分析显示MALAT1还可以结合pre-mRNA新生转录本，并能够靶向具有转录活性的基因座，说明MALAT1可能通过未知的机制调节pre-mRNA的剪接加工，但相关细节尚不清楚。2022年12月23日，四川大学李灵和宋旭团队报道了定位于染色质的MALAT1与剪接因子PTBP1、PSF协同调节可变剪接的作用和机制，并阐明了该可变剪接协同调节机制在肝细胞癌(HCC)中的生物学功能和临床意义(doi: 10.1126/sciadv.abq7289)。该研究发现MALAT1对PTBP1和PSF的细胞内定位至关重要，由三者形成的复合机器可协同调节可变剪接。尽管该复合机器能够在多种肿瘤环境中形成，但MALAT1、PTBP1和PSF仅在HCC中呈现出表达正相关。有趣的是，尽管MALAT1是一条“原癌性”的lncRNA，但其在HCC中并无显著的临床意义；而MALAT1、PTBP1和PSF的共同高表达，却能够作为HCC患者预后不良的判断指标。在分子机制层面，MALAT1可定位于染色质和新生转录本，而复合机器的形成则可将PTBP1、PSF募集至pre-mRNA。更为重要的是，除了PTBP1(也被称为hnRNP I)，MALAT1还能够与其他hnRNP蛋白互作，并与PSF蛋白进一步形成新的复合机器，提示MALAT1能够与不同的剪接因子形成复合机器，并利用这一通用机制广泛参与可变剪接调控。总之，该研究不仅揭示了一种MALAT1调控可变剪接的新机制，还提出了一个新颖的lncRNA研究思路：较之于单纯的lncRNA研究，同时分析lncRNA及其互作分子，例如lncRNA与互作分子的表达剂量关系，将更有利于全面解析lncRNA在特定生理、病理条件下的生物学功能。■推荐人：宋旭

Cell | 宏基因组挖掘发现噬菌体编码所有已知细菌来源的CRISPR-Cas系统和新的紧凑型CRISPR

噬菌体和细菌“军备竞赛”的攻防利器CRISPR-Cas系统是基因组编辑的重要工具，广泛应用于基因功能、药物靶点筛选、遗传病治疗、癌症研究、作物育种等领域。细菌CRISPR-Cas系统利用适应性RNA靶向机制保护宿主菌免受病毒感染。噬菌体亦编码anti-CRISPR，甚至CRISPR-Cas系统以逃避宿主免疫系统，但是究竟有多少噬菌体进化出CRISPR-Cas系统，目前还缺少系统性研究。2022年11月23日，诺贝尔奖得主、CRISPR基因编辑先驱之一Jennifer Doudna 与美国加州大学伯克利分校Jillian Banfield等合作在Cell发表题为“Diverse virus-encoded CRISPR-Cas systems include stream¬lined genome editors”的研究论文，系统报道了噬菌体编码的CRISPR-Cas系统(doi: 10.1016/j.cell.2022. 10.020)。研究者分析土壤、水生、人类和动物的宏基因组，发现噬菌体基因组普遍存在编码多样性、紧凑的CRISPR-Cas系统。这表明噬菌体竟然存在抗病毒库。噬菌体编码的CRISPR-Cas系统除了包括细菌编码的所有已知的6种类型CRISPR (I~VI型)成员，还有噬菌体编码的I、III、IV和VI系统新核酸干扰模式。此外，噬菌体和噬菌体样序列导致II型和V型CRISPR-Cas9和-Cas12酶扩增数倍，这些酶被广泛应用于基因组编辑。该研究发现Casλ是噬菌体编码的V型酶中序列差异最大的核酸酶之一，Casλ通过一种结构独特的CRISPR RNA (crRNA)来识别双链DNA，并高效切割crRNA靶向的双链DNA (dsDNA)。研究者通过冷冻电镜(cryo-EM)解析了Casλ-RNA-DNA复合体的晶体结构，与其他Cas12家族蛋白相比，Casλ的结构域结构显示出更多的分割和可能的结构重排，多个功能域在序列水平分裂为在蛋白质折叠过程中组装的独立片段。基于细胞的实验证明Casλ在哺乳动物、拟南芥和六倍体小麦细胞中具有强大的内源性基因组编辑活性。这些发现揭示了新来源的CRISPR-Cas酶，兼具分子量小和灵活的RNA引导双链DNA识别机器的优点，可能具有广泛的应用，比如作为植物和人类细胞基因组编辑工具。这个发现也提出了许多新问题，比如噬菌体编码的CRISPR和宿主菌编码的CRISPR如何相互作用，噬菌体编码的CRISPR在抗噬菌体外的功能以及深入认识Casλ的机理等。■推荐人：谢建平，申庆磊

Nature∣发现PBMs(实质边界巨噬细胞)在脑脊液流动动力学中意想不到的作用

稳态大脑中的中枢神经系统髓系生态位包括小胶质细胞、软脑膜细胞和血管周围的巨噬细胞，后两群统称为PBM(parenchymal border macrophage，实质边界巨噬细胞)，PBM位于沿着血管系统的软脑膜和血管周围空间，不断地与脑脊液直接接触。美国圣路易斯华盛顿大学Jonathan Kipnis实验室揭示这些细胞具有调控脑脊液流动的功能，并在阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease，AD)模型中减少淀粉样蛋白沉积的作用(2022年11月9日在线发表，doi:10.1038/s41586-022-05397-3)。在PBM消耗或功能失调时，可通过影响MMP(matrix metalloprotei¬nase，基质金属蛋白)的活性使细胞外基质蛋白在血管周围沉积，从而导致血管扩张受限，进而影响脑脊液的流动动力学。老年小鼠的脑脊液流动受损，具有内吞和吞噬作用的LYVE1阳性PBM数量减少，而具免疫应答作用的MHCII阳性PBM数量增加，注射巨噬细胞集落刺激因子可改善这种衰老引起的脑脊液流动障碍，并能增加MMP的活性。此外，AD模型小鼠在清除PBM后，大脑皮层和杏仁核区域的淀粉样蛋白沉积明显增加。单细胞测序发现AD模型小鼠PBM存在吞噬作用、内吞作用和INF-γ信号通路的改变，其中INF-γ受体基因表达增加较为明显。尽管该研究在干预PBM的实验方法上尚有一些不足，但其首次揭示了PBM在脑脊液血流动力学中调控其流动的作用、展示了它们在衰老和AD中的潜在治疗能力，从一个崭新的角度展示了中枢神经系统衰老与疾病和周边组织的相互作用关系，帮助学界更全面地认识相关现象，促进与脑脊液功能障碍和蛋白质积累和聚集相关疾病的新治疗方法的发展。■推荐人：沈义栋

Cell | 结核分枝杆菌进化上较早株系的全长VII型分泌蛋白EsxM细菌在体内播散

结核分枝杆菌感染约75%表现为肺结核，仅15%~20%表现为肺外结核。其中2%左右为骨结核。美国北卡罗来纳州的一次疫情发现：86%(6/7)患者为肺外结核，其中骨结核患者4名。为揭示这次极端疫情的致病菌演化特征，美国杜克大学医学院David M Tobin团队和德克萨斯医学院的科学家联合在Cell杂志发表了题为“An ancestral myco¬bacterial effector promotes dissemination of infection”的研究(2022年11月9日在线发表，doi: 10.1016/j.cell.2022.10.019)。他们发现这些患者感染的是主要分布于印度洋地区的祖先谱系结核分枝杆菌，而非“现代”结核分枝杆菌。其次，祖先谱系中均存在完整、全长的VII型分泌系统效应分子EsxM，而“现代”菌株中的EsxM却突变变短了。在海分枝杆菌中构建EsxM全长菌株，感染巨噬细胞或者斑马鱼后，EsxM的缺失会显著降低巨噬细胞的迁移。祖先谱系中全长EsxM能够自主调节巨噬细胞的播散，移动到斑马鱼受伤的尾鳍，在斑马鱼骨骼出现肉芽肿病灶。这提示某些因为终止密码子被注释为假基因的分子可能是进化的结果，这种进化可能改变了结核分枝杆菌的宿主偏好性以及致病性。■推荐人：谢建平，张其奥

Science∣蝶翅发育模式中的顺式调控同源性

蝶翅具有保守的保育模式，但又演化出了多样的花纹，是演化发育研究中的重要研究体系。美国康奈尔大学Reed实验室聚焦了蛱蝶科的多个蝶类物种，系统性研究了一个控制蝶翅花纹的工具盒基因WntA的顺式调控演化模式(2022年10月20日发表，doi: 10.1126/science.abi9407)。通过对该基因在5个蝶类物种的46个非编码元件进行研究，发现了在其中4个物种——鹿眼蛱蝶(Junonia coenia)、小红蛱蝶(Vanessa cardui)、黑妹袖蝶(Heliconius himera)和银纹红袖蝶(Agraulis vanillae)中，这些非编码元件具有涉及到WntA的相似功能，暗示这些功能较为古老和保守，可能来自于一个古老的共同祖先。与之相对的，在君主斑蝶(Danaus plexippus)中的WntA同源基因则具有不同的调控元件，这可能是由于该物种在演化中丢失了一些遗传信息，进而演化出独特的调控模式以及翅花纹。该研究加深了对于控制复杂性状的遗传机制的理解，揭示了顺式调控元件演化在调控蝶翅花纹中发挥的重要作用。■推荐人：张蔚