P－bodies

[Gainover]

细胞质处理小体，也就是P－bodies，它浓缩参与mRNA更新的酶并将mRNAs从翻译体系中螯合出来。现在，已有充分证据证实RNA干扰体系和P
－body的形成是有关联的。


mRNAs的程序性降解发生在特定的细胞质处理小体上，在2003年，Sheth和Parker，在酵母菌细胞中已发现了一些不再适合于翻译的
RNAs ，他们聚集在一种互不关联的、称之为处理小体（P－bodies）的转化灶上，例如，一些聚腺苷酸（poly(A)）尾缩短了的mRNA。接
着他们（Sheth和Parker）又证实了一种存在于处理小体上的酶，这种酶是用来参与RNA衰减和RNA的降解其中间产物的。此外还发现，这种转化
灶是动态的，它是根据RNA更新的整体规模的变化来增加或减少其尺寸大小。

已经有充分的证据暗示相关的结构存在于哺乳动物的细胞中；比如说，和mRNA衰减相关的酶在细胞质体里面已经有所发现，而且，在哺乳动物细胞也
已发现了大量的P－body蛋白，它同酵母菌中的此类蛋白是同源的。一个重要问题是，是否有一种被熟知的、用来调节信使降解和抑制翻译的RNA干扰途径
的结构组分，也被定位于P－bodies上。在Nature Cell Biology上已有两篇报道证实，在RNA干扰途径中扮演重要角色的
Argonatue 蛋白1和蛋白2（Ago1和Ago2）被定位在动物细胞中P－bodies上。这些发现非常令人振奋，因为他们暗示了RNA干扰或
许是Ago蛋白和另一些mRNA降解酶共同定位的结果，而这种蛋白是RNA诱导沉默复合物（RISC）的一个关键成分。此外，这两个研究也传达了关于
RNA干扰、翻译、和mRNA更新和储藏上的重要联系。

RNA干扰是调控转录后基因沉默途径的经典解释。由RNAi介导的基因沉默又分为RNAs特异序列性降解或翻译的特异序列性抑制，这两种表达调
控机制。在降解途径中，有一种长21～23个核苷酸（nt）的双链RNAs称之为小干扰RNA（siRNA），它指导序列特异性mRNA降解，这种小干
扰RNA（siRNA）和靶mRNA的配对精确的或近乎精确的遵循Watson－Crick碱基配对原则。在翻译抑制途径中，一种含有21～23个核苷
酸（nt）的单链RNAs，称之为微小RNA（miRNA），可通过于与mRNAs的端非翻译区（UTR）不精确配对结合，从而介导靶特异的翻译抑
制。

在最近的研究中，有两个研究小组证实Ago1参与了RNAi的表达调控翻译阻遏，并且Ago1和Ago2共免疫沉淀和定位在P－bodies
上，后者认为作用于降解途径中。因此，RNA干扰的翻译抑制和降解途径不是完全分离的。研究人员发现抗原决定部分标记的Ago1和Ago2与P－
body decapping 酶（脱5＇帽酶）Dcp1a共同定位于胞质转化灶上。在Liu的论文中特别提到了，（Liu et al）。即内源性的
Ago2也定位胞质转化灶上，而且他还发现了一种虽然减弱了的但也相似的分布模式。

综上所述，两个研究中得到的数据都提出了大量关于RISC（RNA诱导沉默复合物）组分存在于P－bodies上的证据。然而，问题仍然存在，
对于RISC组分来说，P－bodies是否仅仅起到一个储存仓库的作用，或者RNAi是否在P－bodies上发生。两个研究小组在探讨这个关键问题
上运用了不同的方式，而且指出，RISC组分和靶mRNA确实共定位在P－bodies上，因而，P－bodies是细胞内RNA干扰发生部位的这种可
能性大大增加了。

Ago2 PAZ结构域的结晶结构已经表明它对结合siRNAs和miRNAs是很关键的。Liu的论文（Liu et al）中通过使用这种
结构信息创造了一种PAZ结构域的突变体，消除了它对siRNA的结合能力，接下来就是亚细胞上Ago2定位。相比之下的野生型Ago2 PAZ结构域
的突变型则不能聚集在P－bodies上，由此暗示了Ago2和RNA的结合对于它们定位在P－bodies上是非常重要的。Sen和Blau用
RNAsea来处理增强的绿色荧光蛋白（eGFP）－Ago2－转染细胞，而且观察到一个重要现象，及包含Ago2的P－bodies在减少，再次暗示
了RNAs的存在对Ago2定位在P－bodies上的必要性。

miRNA途径也可利用P－bodies吗？这是Liu的论文中探讨的重要问题之一。miRNA一般说来结合在mRNA 3＇端的非翻译
区，从而起到调节翻译的作用。他（Liu）使用一种了荧光素酶mRNA，这种mRNA在3＇端的非翻译区包括很多与let-7 miRNA的结合位点，
所以在let-7 miRNA存在的情况下，信使的翻译就会受到抑制。为了跟踪信使的定位位置，他们插入有与3＇端的非翻译区有结合位点的MS2外壳蛋
白。MS2外壳蛋白有核苷酸结合域，并且这种外壳蛋白还可和黄化荧光蛋白（YFP）溶合，使得这种信使可被观察到。在这种情况下，荧光素酶mRNA和
MS2外壳蛋白－YFP溶合体共表达产生这样一种结果，即观察到了与Ago2及其Ago蛋白家族共定位在P－bodies上的黄化荧光素的分离。而在缺
乏let-7结合位点的情况下，没有观察到上述共定位现象。研究者们使用表达内源性let-7的细胞，设计了一个实验，来证明一种由异位后引入的
miRNA是否可以对P－bodies中的荧光素酶报告基因进行补充，这种miRNA结合在此类基因的3＇端的非翻译区。只有当可以和靶荧光素酶
mRNA结合的合成miRNA被转染进入细胞时，他们才观察到mRNA和Ago蛋白在P－bodies上的共定位现象，这同时提供了更多的关于mRNA
－靶信使也聚集在P－bodies上的证据。

RISC是如何获取靶RNAs并将其带到P－bodies上的呢？已有两篇相关论文具体讨论了这个问题，但是仍然没有明确的答案。在酵母菌的细
胞中，已经证实了翻译起始的抑制引起了P－body的形成，但是，翻译延伸的抑制则引起了P－body的消减。在这种情况下，哺乳动物细胞中翻译起始的
抑制使得siRNA引发的mRNA的降解增加了三倍，或许是因为此过程形成了更多的P－body。RISC亚基和靶RNAs在P－bodies上共同定
位可以显示出RNAi通过某些途径阻断了的翻译的起始。例如，结合着miRNA和siRNA的Ago蛋白复合体可以直接的与mRNA相互作用，这种作用
先于mRNA和核糖体的结合。或许，当mRNAs从细胞核中运出时，其翻译起始即被抑制，同时形成了一个核糖核酸蛋白复合体，即P－body（Fig.
1）

这个过程的一种模型是，当 miRNA- RISC复合物与多核糖体RNAs结合时，可能形成了一个复合物，它阻止了更多的核糖体与mRNA的
起始结合（Fig.1）。然而，另一种模型是这样的，在一个或更多轮的翻译后，mRNAs通过一些复合物被高效的的转化到miRNA或siRNA-
RISC复合体上，P－body就这样形成了。找出护送mRNAs从翻译途径进入P－bodies的机制，这显然是他们研究中随之而来的巨大挑战。

RNA干扰途径是引起剪切还是导致翻译抑制，是由siRNA或miRNA是否完全和其靶RNA碱基配对决定的。翻译抑制似乎需要多位点、
不精确的碱基配对，这种配对发生在miRNA复合体与3＇端非翻译区，而且相信Ago1对结合起到了调节作用。相比之下，siRNA直接的剪切靶
mRNA的任何位置，而且此过程是由Ago2调控的。从概念上理解，很容易设想一个导致P－body的形成的机制， Ago1复合体阻断翻译起始就是通
过了这种机制。但推想Ago2介导的途径并不像上述机制那样简单。siRNA介导的剪切发生在P－body形成的前期吗？一个可能的模型时：siRNA
和Ago1和Ago2两者结合成为一个共同复合体，Ago1和他的关联因子从翻译途径中释放信使，同时引起了P－bodies形成。在此途径中，不管
Ago2介导的剪切途径发生在何处，它都将会与随后进行的，以脱帽或核酸外切为形式的信使降解所偶联。

另外一个或许能用实验的方法探讨的问题是，在P－body中与miRNA结合的信使的最终命运是什么。信使是从P－bodies释放出来，还是
被翻译？或者是说这些RNAs是以一种不会超过mRNA的合成的速率在P－body上慢慢降解？既然，令人信服的证据已经证实RISC－mRNA复合体
存在于P－bodies上，所以可以用实验来探讨这些问题。这两个巧妙的研究已经提供了一些很有价值的新信息，这些信息是关于RNA干扰介导的转录后基
因沉默在细胞如何定位的，它为更好的理解重要的细胞内过程铺平了道路。