CNAF嘉賓丨Gunter Meister-德國雷根斯堡大學(xué)生物化學(xué)系教授-肽度TIMEDOO

本期嘉賓介紹

CNAF嘉賓丨Gunter Meister-德國雷根斯堡大學(xué)生物化學(xué)系教授-肽度TIMEDOO

Gunter Meister

德國雷根斯堡大學(xué)生物化學(xué)系教授兼主任

報告主題: Gene Regulation Mediated by Non-coding RNAs, RNA Binding Proteins and RNA Modifications

報告摘要：基因表達不僅在轉(zhuǎn)錄層面受到調(diào)控，在許多轉(zhuǎn)錄后步驟也受到調(diào)控。實驗證明，各種類型的非編碼RNA對于正確的基因表達至關(guān)重要。非編碼RNA包括microRNA、lncRNA和circRNA，它們通過選擇性剪接產(chǎn)生，可以充當(dāng)miRNA或RNA結(jié)合蛋白海綿。RNA不以單一的RNA分子形式發(fā)揮作用，而是作為RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物的組成要素，在這些復(fù)合物中至少有一種RNA結(jié)合蛋白（RBP）直接與RNA作用。因此，RBP對RNA代謝至關(guān)重要，是協(xié)調(diào)各種RNA結(jié)合過程的調(diào)控中心。此過程的調(diào)控不當(dāng)通常與疾病有關(guān)，但在此前并未引起重視。最近，Meister實驗室分析了RBP在共轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平上對miRNA表達的調(diào)控。此外，他們已經(jīng)開始研究RNA修飾途徑及其與人體細胞中其他細胞RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的串?dāng)_。Gunter會在論壇現(xiàn)場報告他們在RBP功能方面的最新進展，包括RNA堿基修飾的readers 和writers，還會介紹其用于研究RNA修飾的工具。

Gunter Meister是德國雷根斯堡大學(xué)生物化學(xué)學(xué)院教授和主席。于2002年獲得德國Max-Planck生物化學(xué)研究所和慕尼黑大學(xué)博士學(xué)位，隨后在美國洛克菲勒大學(xué)的Tom Tuschl實驗室從事博士后研究并開始探索小RNA介導(dǎo)基因調(diào)控的機制。2005年，他在Max-Planck生物化學(xué)研究所成立了獨立實驗室，致力于推進microRNA調(diào)控機制的研究；2009年開始在雷根斯堡大學(xué)任職，重點研究小RNA介導(dǎo)的基因沉默途徑的生化分析、長鏈非編碼RNA、RNA結(jié)合蛋白和哺乳動物的RNA修飾的生化分析，幫助理解了人類細胞中RNAi的分子基礎(chǔ)，并開發(fā)了新的沉默方法。Gunter曾榮獲Peter & Traudl Engelhorn基金會研究獎、Schering青年研究者獎，并且成立推動了歐洲研究委員會（ERC）。
Meister實驗室重點研究哺乳動物細胞中的非編碼RNA途徑。短干擾RNA（siRNA）、microRNA（miRNA）及其他小RNA是通過RNase III酶的作用從雙鏈（ds）前體分子加工而成的。MiRNA利用Drosha和Dicer酶，而siRNA只需要長dsRNA物種的Dicer加工。這兩類都是單鏈小RNA，用于RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RISC）。與小RNA直接結(jié)合的蛋白質(zhì)屬于Argonaute蛋白家族，該實驗室已有十多年的研究經(jīng)驗。

在目前正在進行的項目中，他們研究關(guān)鍵miRNA生物發(fā)生以及效應(yīng)蛋白的翻譯后修飾。兩個關(guān)鍵問題是：哪些信號通路和激酶或磷酸酶作用于這些因子？特定位點磷酸化的生物后果是什么？

除了哺乳動物細胞中小RNA途徑的生化表征，該實驗室還利用RNA克隆和深度測序分析癌癥中的短鏈非編碼RNA和長鏈非編碼RNA。通過與雷根斯堡大學(xué)醫(yī)院Christina Hackl教授的緊密合作，他們研究了結(jié)直腸癌進展中的非編碼RNA；還與Peter Hau教授一起對惡性膠質(zhì)瘤患者的非編碼RNA進行了分析。

此外，他們鑒定和表征了與特定miRNA前體分子相互作用的RNA結(jié)合蛋白。使用生化方法，他們鑒定了數(shù)百種與特定序列結(jié)合pre-miRNA的蛋白質(zhì)，目前正在研究這些蛋白質(zhì)的生物功能。擁有最先進的技術(shù)，例如CRISPR / Cas9敲除或RNA結(jié)合基序（bind’n’seq）的體外選擇，他們還在研究全新的RNA結(jié)合蛋白和RNA結(jié)合域。

最后，他們表征了RNA分子的特異性修飾，m6Adenin（m6A）抗體可以更好地表征這種修飾。有趣的是，這種修飾常見于mRNA，并且擁有許多有趣的生物功能。在其項目中，他們表征了在這種修飾途徑中起作用的酶和RNA結(jié)合蛋白。另外，他們開發(fā)了針對十種不同堿基修飾的單克隆抗體。借助這些工具，他們希望將此類修飾映射到RNA分子上、不斷完善對RNA堿基修飾機理的認識。

小RNA途徑的翻譯后調(diào)控

翻譯后修飾存在于許多蛋白質(zhì)，并有助于基因產(chǎn)物的功能多樣化。Meister實驗室的目的是對miRNA途徑關(guān)鍵成分的翻譯后修飾進行分類和功能表征，使用最先進的定量質(zhì)譜技術(shù)對修飾進行鑒定和絕對定量，例如甲基化或磷酸化。為了進行相關(guān)生物學(xué)研究，他們對miRNA途徑所有關(guān)鍵成分開發(fā)了單克隆抗體，在miRNA途徑的Drosha、Xpo-5、Lin28等因子上定位磷酸化位點，并在功能上表征Ago和TNRC6蛋白上已鑒定的磷酸化位點。除此之外，他們還研究信號通路和依賴磷酸化相互作用的RNA和蛋白。

非編碼RNA在癌癥中的分析

MicroRNA（miRNA）是一種重要的基因調(diào)節(jié)劑，與mRNA上抑制基因表達的結(jié)合位點相互作用。根據(jù)調(diào)控靶標的不同，miRNA可以充當(dāng)腫瘤基因或者腫瘤抑制基因。長鏈非編碼RNA（lncRNA）與包括癌癥在內(nèi)的各種疾病密切相關(guān)。

目前，一種基于競爭性內(nèi)源RNA（ceRNA）的新型“ RNA語言”模型已經(jīng)提出，ceRNA與mRNA競爭miRNA，并且可以調(diào)節(jié)整個轉(zhuǎn)錄組。但是，業(yè)界對于轉(zhuǎn)移和治療過程中miRNA和lncRNA之間的相互作用依然知之甚少。最近，該實驗室正在對癌癥進展過程中的環(huán)狀RNA分子進行表征。在此項目中，他們使用不同的小鼠模型（BALBneuT和結(jié)腸直腸癌的原位模型），通過深度測序分析癌癥進展和治療干預(yù)期間的miRNA、lncRNA和circRNA表達，表征原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移腫瘤之間非編碼RNA表達的變化，同時鑒定包括推定的ceRNA在內(nèi)的MiRNA靶標并分析其在體外和體內(nèi)的相關(guān)性。

RNA結(jié)合蛋白對基因表達的調(diào)控

編碼RNA和非編碼RNA的調(diào)控水平各不相同，例如，microRNA（miRNA）的表達可以在生物合成的多個步驟受到影響。此外，直接RNA甲基化也會影響許多不同生物和系統(tǒng)中的基因表達。Meister實驗室的部分項目旨在鑒定和表征影響miRNA成熟的因素。例如，他們采用生化下拉分析法分離不同miRNA物種的特定結(jié)合蛋白、使用分子或細胞生物學(xué)方法分析這些因素的生理作用、使用X射線晶體學(xué)及其他生物化學(xué)和生物物理方法分析miRNA與蛋白質(zhì)相互作用的分子細節(jié)。

最近，該實驗室對果蠅腦腫瘤（BRAT）的RNA結(jié)合活性表征驗證了以上方法。該蛋白質(zhì)不曾參與RNA結(jié)合。X射線晶體學(xué)實驗表明，NHL結(jié)構(gòu)域是一種新型的RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。他們希望未來能確定其他RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。

RNA特異性堿基修飾途徑的研究

RNA堿基修飾的研究由來已久，但直到最近才發(fā)現(xiàn)這種修飾也存在于mRNA，而且修飾的類型和程度會對基因表達產(chǎn)生顯著影響。然而，RNA堿基修飾的基本機制依然有待了解。m6A甲基化作為一種特定的RNA堿基修飾，Mesiter實驗室致力于破譯m6A甲基化途徑在編碼RNA和非編碼RNA調(diào)控中的作用，目前已經(jīng)鑒定了此種修飾的轉(zhuǎn)移酶(writers)、甲基化閱讀蛋白(readers) 和去甲基化酶(erasers)。但是，關(guān)于特定蛋白質(zhì)復(fù)合物的組成以及這些因子的原子結(jié)構(gòu)知之甚少。因此，該實驗室的目標是在功能和結(jié)構(gòu)上表征m6A甲基化途徑的已知和推測的新因子，并在人類細胞中進行鑒定。

最近，該實驗室還在mRNA分子上鑒定了其他堿基修飾，包括5-甲基胞嘧啶或偽尿（嘧啶核）苷，并且已經(jīng)表明這種修飾也影響靶RNA的功能。同樣，更多已知的化學(xué)RNA修飾也可能會遺留在mRNA上，但是由于缺乏試劑至今尚未被發(fā)現(xiàn)。因此，Meister計劃創(chuàng)建此類工具。首先，他們會開發(fā)針對多種已知堿基修飾的單克隆抗體，用于表征攜帶此類修飾的RNA。然后，他們計劃研究METTL蛋白家族迄今未被表征的推定RNA甲基轉(zhuǎn)移酶。利用同源性搜索和結(jié)構(gòu)建模，他們發(fā)現(xiàn)這些蛋白可以分組（例如METTL2A / B，6和8），而且這些蛋白質(zhì)可能在功能上相關(guān)并且具有相似的RNA靶標。發(fā)生相互作用的RNA和蛋白質(zhì)會通過生化方法識別。最后，他們還會使用X射線晶體學(xué)從結(jié)構(gòu)上研究這些蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域。此項研究計劃可以幫助更好地理解RNA修飾介導(dǎo)的復(fù)雜調(diào)控。

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學(xué)者 1800RMB/人 2200RMB/人
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