Science报告激酶活性调控新机制，为纤毛病治疗提供新思路|介导|含子|活性|激酶|细胞

蛋白质激酶（简称激酶）介导的信号传导途径调节多种基本细胞过程，是生物体内最重要的信号途径之一。由于激酶种类多样作用广泛，其催化活性必须要受到严格控制。激酶调控作用的失调会导致发育缺陷和代谢紊乱，进而引发癌症。

目前已经有多种疾病的病因确定与激酶的异常高活性有关：如慢性骨髓白血病与BCR-ABL1酪氨酸激酶，恶性黑素瘤与BRAF丝氨酸/苏氨酸激酶等。

对这些激酶异常高表达引起的癌症可通过强效激酶抑制剂来进行治疗。但我们知道肿瘤细胞的“狡猾”之处在于它们能找到激活替代途径来规避激酶抑制剂的作用，耐药性的产生几乎不可避免。因此，了解生物体自身如何调控过度活跃的激酶能为此类癌症的治疗提供新思路。

近日，清华大学生命科学学院欧光朔团队在激酶活性调控机制研究中取得新进展，发现了RNA编辑在防止激酶过度激活方面的关键作用。该研究成果于2021年8月27日发表在《Science》上，题为RNA Editing Restricts Hyperactive Ciliary Kinases，该文章第一作者为清华大学生命科学学院博士后李冬冬。

图相关论文（来源：Science）

欧光朔团队重点关注了雄性生殖细胞相关激酶（male germ cell–associated kinase，Mak)，Mak定位在纤毛顶端以限制纤毛的伸长。Mak的缺失会导致纤毛过长和视网膜色素变性；相反，Mak过度表达会抑制纤毛发生。

纤毛是基于微管的细胞器，存在于包括人类细胞在内几乎所有细胞的表面，对细胞运动和感觉信号传递至关重要，被称为生命的“船桨”和“天线”。纤毛的结构和功能异常导致超过35种纤毛病。

由于纤毛的组装和功能作用机制在包括线虫在内的多种动物中均保守，研究人员在秀丽隐杆线虫中构建了一个Mak同源基因DYF-5（DYF-5CA）组成型高表达的感觉纤毛缺陷模型，通过正向遗传筛选定位了挽救该表型的遗传突变，多个突变都指向一种RNA腺苷脱氨酶ADR-2，其功能是催化双链RNA（dsRNA）的腺苷（adenosine，A）转化为肌苷（inosine，I）。

图 | DYF-5CA过度活跃导致纤毛缺陷（来源：相关论文）

研究者继续对DYF-5CA 与ADR-2 之间的调控机制进行研究。通过对野生型、dyf-5CA突变型，adr-2突变型、dyf-5CA、adr-2 双突变型动物进行比较RNA测序筛选，发现野生型动物共有18097个A-I编辑位点，adr2突变型中没有检测到A-I编辑事件，这与adr2的功能相符合。

在dyf-5CA突变型中意外获得了野生型没有的1537个RNA编辑位点，而这些位点在dyf-5CA，adr-2双突变型中又丢失。经过编辑位点定位，发现其中130个位点分布在dyf-5CA的第六内含子和第七内含子。

在dyf-5CA动物中删除任何一个内含子或两个内含子都能挽救纤毛缺陷表型，这说明dyf-5CA的RNA编辑是造成纤毛缺陷的主要原因。

为什么RNA编辑会特别发生在这个区域？在这个基因座上并未形成任何长dsRNA的背景下，研究者在dyf-5CA动物中检测到丰富的反义转录物，该反义转录物与发生异常RNA编辑的区域齐平；且含有第六、第七和第八内含子的dyf-5的cDNA的转录会破坏纤毛。

研究者进一步对dyf-5CA mRNAs的命运进行研究，由于保留内含子的转录本往往包含一个过早终止密码子，并可能被无义介导的mRNA降解（NMD）途径所锁定，所以研究者对NMD途径进行了抑制。这一举措增加了dyf-5CA的mRNA水平，其中一小部分可能转化为功能性激酶，部分恢复dyf-5CA纤毛结构。

基于此，欧光朔团队提出RNA编辑限制过度活跃的激酶的作用模型：首先激酶的过度活跃导致其反义RNA在细胞核中转录并与激酶的pre-mRNA配对成dsRNA； dsRNA招募RNA脱氨酶来编辑激酶pre-mRNA，从而改变激酶蛋白翻译序列并破坏激酶pre-mRNA拼接，进而抑制激酶翻译并激活无义介导的激酶mRNA衰变。由此，生化活性高的激酶在体内功能丧失，外在表现为纤毛缺失。