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MSC外泌体

将RNA运送至细胞外囊泡 (EV)(外泌体)的系统

2023-05-28

微小RNA (miRNA) 是一种小型非编码RNA,在基因的转录后调控中发挥重要作用。miRNA会影响癌症、心脏病、神经退行性疾病等多种生理过程和疾病。miRNA虽然存在于细胞内,但已知它也会被包装进外泌体和微囊泡 (microvesicles) 等细胞外囊泡 (EV) 中,从而也存在于细胞外空间。

miRNA被分选(筛选)进细胞外囊泡是一个主动过程,其机制尚未被完全阐明。然而,目前已提出若干机制来解释miRNA是如何被分选进EV的。

依赖序列基序的分选:

研究表明,miRNA中存在特定的序列基序可诱导其被包装进EV。例如,miRNA中存在的’EXOmotifs’或’GGAG’基序与其被筛选进外泌体有关。

依赖miRNA诱导沉默复合物(miRISC)的分选:

与诱导基因沉默的miRISC相关的miRNA可能会被选择性地分选进EV。作为该复合物组成部分之一的AGO2蛋白可在EV内被发现。

miRNA诱导沉默复合物(miRISC)是miRNA发挥其基因调控功能所依赖的细胞内机制。该复合物中包含与miRNA结合并将其引导至靶mRNA的Argonaute (AGO) 等蛋白质。

关于与miRISC相关的miRNA被选择性分选进EV的机制,目前仍有许多尚未阐明之处。然而,有研究提示,包括外泌体在内的EV中存在AGO蛋白等miRISC的组成成分。这意味着,与这些蛋白质结合的miRNA有可能被共同封入EV中。

这种现象究竟是如何发生的,其确切的分子细节仍在研究之中。miRISC的组成蛋白AGO2存在于EV内,可能在其中发挥着作用。此外,也有一些证据提示miRISC与miRNA的结合会影响它们在细胞与细胞外环境之间的分布,但这一点还需要进一步确认。

Gibbings, D. J., Ciaudo, C., Erhardt, M., & Voinnet, O. (2009). Multivesicular bodies associate with components of miRNA effector complexes and modulate miRNA activity. Nature cell biology, 11(9), 1143-1149.

请注意,由于miRNA与细胞外囊泡 (EV) 生物学领域正在迅速发展,较新的研究有可能就这些机制提供超出我的知识截止时间(September 2021)的更多见解。

依赖HnRNPs的分选:

hnRNPs是表示”异质核糖核蛋白”的英文缩写。其英文全称为“Heterogeneous Nuclear Ribonucleoproteins”。

它们支持一系列RNA加工事件,尤其是剪接(splicing)、RNA转运、mRNA稳定性以及翻译的调控。

hnRNPs通常存在于细胞核中,但也能够移动到细胞质中。其功能主要通过与RNA的相互作用来调节。hnRNPs具有识别并结合特定RNA基序的能力,从而使特定的RNA分子能够被送往特定的细胞内部位。

关于miRNA的分选,一般认为hnRNPs会与miRNA结合,并在将其引导进细胞外囊泡 (EV) 的过程中发挥作用。特别是有研究提示,hnRNPA2B1蛋白会识别miRNA的特定基序,并通过被SUMO化(Sumoylation,一种翻译后修饰)以将它们分选进EV。

然而,hnRNPs与miRNA分选之间的关系尚未被完全阐明,仍需要进一步的研究。

参考文献:Santangelo, L., Giurato, G., Cicchini, C., Montaldo, C., Mancone, C., Tarallo, R., … & Weisz, A. (2016). The RNA-Binding Protein SYNCRIP Is a Component of the Hepatocyte Exosomal Machinery Controlling MicroRNA Sorting. Cell reports, 17(3), 799-808.

依赖Sumoylated-HnRNPA2B1的分选:

被SUMO化(Sumoylation,蛋白质的一种翻译后修饰)的hnRNPA2B1蛋白也可能参与miRNA的分选。被SUMO化的hnRNPA2B1会识别miRNA的特定基序,并将它们分选进EV。

SUMO化(Sumoylation)是一种化学变化,发生于一种名为SUMO(Small Ubiquitin-like Modifier,小泛素样修饰物)的蛋白质与某种蛋白质结合时,并会影响该蛋白质的各种功能。

具体的变化包括以下几种:

  1. 蛋白质的激活或失活: 当SUMO与某种蛋白质结合时,可增强或抑制该蛋白质的活性。这适用于酶、转录因子等多种蛋白质。
  2. 蛋白质的定位: SUMO化可改变蛋白质在细胞内的位置。例如,与SUMO结合的蛋白质可能更容易移动到细胞核。
  3. 蛋白质间的相互作用: 当SUMO与某种蛋白质结合时,可改变该蛋白质与其他蛋白质相互作用的方式。这是由于蛋白质获得了与新伙伴结合的能力,或者失去了与原有伙伴的结合所致。
  4. 蛋白质的稳定性: SUMO化会影响蛋白质的稳定性,可延长或缩短其寿命。

通过上述这些影响,SUMO化在调节细胞分裂、DNA修复、转录调控、细胞凋亡(程序性细胞死亡)等细胞过程方面发挥着重要作用。

参考文献:Villarroya-Beltri, C., Gutiérrez-Vázquez, C., Sánchez-Cabo, F., Pérez-Hernández, D., Vázquez, J., Martin-Cofreces, N., … & Falcón-Pérez, J. M. (2013). Sumoylated hnRNPA2B1 controls the sorting of miRNAs into exosomes through binding to specific motifs. Nature communications, 4(1), 1-10.

依赖4E-T的分选:

4E-T(EIF4E transporter)是一种RNA结合蛋白,具有调控RNA转录后代谢与翻译的作用。

EIF4E是“Eukaryotic Translation Initiation Factor 4E”的缩写,是一种具有启动蛋白质翻译(将遗传信息转换为蛋白质的过程)作用的蛋白质。另一方面,4E-T则负责运送该EIF4E,并参与翻译的调节。

具体而言,4E-T与EIF4E结合,并作为其分子伴侣*发挥功能。由此,EIF4E能够精确地移动到所需的位置,并在适当的时机发挥其作用。

此外,4E-T还发挥着调控mRNA选择性翻译的作用。特别是在细胞应激下,4E-T会调控特定应激反应蛋白的mRNA的翻译。

进一步地,近期研究表明,4E-T具有将miRNA分选进外泌体(一种细胞外囊泡)的作用。由此,细胞能够控制将哪些miRNA装入外泌体。

参考文献:Kouhkan, F., Hafizi, M., Mobarra, N., Mossahebi-Mohammadi, M., Mohammadi, S., Behmanesh, M., … & Sattari, M. (2015). miRNAs: a new method for erythroid differentiation of hematopoietic stem cells without the presence of growth factors. Applied biochemistry and biotechnology, 175(2), 1134-1148.

分子伴侣*是什么?
分子伴侣(chaperone)是一类蛋白质,其作用是帮助蛋白质形成适当的三维结构(即正确折叠的状态)。如果蛋白质没有正确折叠,其功能可能会受损,或者细胞可能会受到应激。

分子伴侣蛋白不仅帮助新合成的蛋白质正确折叠,还帮助将形状异常的蛋白质正确修复,或帮助降解无法修复的蛋白质。由此,细胞能够维持蛋白质的质量。

此外,分子伴侣还参与蛋白质的运送。也就是说,它们也可以发挥将蛋白质运送到细胞内特定位置的作用。在这种情况下,分子伴侣发挥着为蛋白质”引导”的作用,确保其到达正确的位置。

参考文献:Hartl, F. U., Bracher, A., & Hayer-Hartl, M. (2011). Molecular chaperones in protein folding and proteostasis. Nature, 475(7356), 324-332.