导读
面肩肱型肌营养不良症(FSHD)是一种常见的遗传性肌病,与人类4号染色体q35区域的D4Z4宏卫星重复序列删除密切相关。这种删除导致局部染色质结构变化,并引发附近基因如FRG2A、DBE-T和DUX4的异常表达。
传统模型认为FSHD主要由DUX4的异位表达引起。然而,近年来临床和遗传学证据显示,这种解释无法完全说明疾病的不完全外显率和表型变异性。
研究表明,4q35区域的基因调控复杂,D4Z4删除会引起区域特异的染色质变化,导致多个转录本的去抑制,包括长非编码RNA(lncRNA)。其中,FRG2A在肌肉细胞中表达水平升高,并受环境、发育和遗传刺激调控,但其生物学功能和定位尚未明确。
2025年7月10日,意大利摩德纳-雷焦艾米利亚大学Rossella Tupler团队在Nucleic Acids Research上发表了一篇题为“Nucleolar FRG2 lncRNAs inhibit rRNA transcription and cytoplasmic translation, linking FSHD to dysregulation of muscle-specific protein synthesis”的论文,发现FRG2A是一种核仁lncRNA,在FSHD患者中表达升高,并抑制rRNA转录和细胞质翻译。FRG2A通过改变核仁外围异染色质的结构,影响rDNA的转录和翻译,从而导致肌肉特异性蛋白质合成减少,这为FSHD的诊断和治疗提供了新靶点。
文章索引
【发表日期】2025年7月10日
【IF】16.6
研究结果
一、T2T-CHM13人类基因组包含14个FRG2样序列
研究人员在T2T-CHM13人类基因组中发现了14个FRG2旁系同源基因,其中6个是完整的拷贝,位于不同的染色体上。
这些旁系同源基因中,有4个具有预测的蛋白质编码潜力,而其余的则被注释为假基因或不完整序列。
二、FRG2旁系同源基因编码一组异染色质相关的长链非编码RNA
通过CRISPR-Cas9技术在FRG2基因插入FLAG标签,但未检测到FRG2蛋白。数据库和蛋白质组学分析未发现FRG2衍生肽段。
细胞实验显示,FRG2旁系同源基因转录本富集于染色质相关区域,ChRIP分析表明FRG2转录本与异染色质标记H3K9me3和H3K27me3相关,提示其为异染色质相关的lncRNA。
三、FRG2A/B RNA的反式互作富集在高度重复的位点
研究通过ChIRP分析构建了FRG2A-t的相互作用组,发现FRG2A/B-t在HeLa细胞中有2313个基因组靶位点,主要集中在着丝粒卫星DNA和核糖体DNA(rDNA)阵列上。
Ribo-seq核糖体印迹分析显示,FRG2A/B-t对翻译过程的潜在影响,尤其是在着丝粒和rDNA区域的特异性结合。
四、FRG2s RNAs定位于核仁
RNA-FISH实验显示,FRG2A/B-t信号与对照和FSHD细胞中的核仁重叠。核仁分离实验证实,FRG2转录本富集在核仁RNA部分。免疫RNA-FISH实验表明,FRG2A/B-t位于核仁的DFC区域,与纤维蛋白(FBL)部分重叠。
在放线菌素D(ActD)处理后,FRG2A/B-t形成离散的斑点,对称地组织在核仁周围,这些结构被称为“Froggy2 Bodies”。
五、FRG2A/B-t促进FSHD细胞中的着丝粒-核仁关联
ChIRP数据显示,FRG2A/B-t与rDNA重复序列和所有染色体的着丝粒区域相关联。免疫荧光实验显示,FSHD样本中核仁外围存在大量着丝粒。
在FSHD细胞中,通过siRNA介导的FRG2A/B-t耗竭减少了着丝粒-核仁关联的频率。
六、FSHD细胞中FRG2A/B-t水平升高会损害核仁功能
RT-qPCR分析显示,FSHD肌母细胞中45S pre-rRNA转录本显著降低。ChIP分析发现,FSHD细胞中异染色质标记H3-K9me3在转录区域和IGS中增加。
在HeLa细胞和FSHD患者样本中,沉默FRG2A/B后,45S pre-rRNA转录本水平增加。
EU掺入实验表明,FSHD样本中新生45S pre-rRNA水平低于对照。FSHD细胞表现出平均核仁数量增加,但核仁总面积减少。
七、FSHD细胞中破坏肌肉蛋白质合成的补偿性核糖体蛋白反应
蛋白质组学分析显示,FSHD肌母细胞中与核糖体生物发生、翻译、蛋白质转运和染色质重塑相关的蛋白质水平显著降低,而剪接因子水平显著升高。
分化过程中,FSHD样本中核糖体蛋白和rRNA加工因子上调,但许多肌肉特异性蛋白,尤其是参与肌节组织和收缩的蛋白,仍然表达不足。
总结
本研究发现FRG2A/B-t是一组新的核仁lncRNA,在FSHD患者中表达升高,抑制rDNA转录和细胞质翻译。FRG2A/B-t通过改变核仁外围异染色质的结构,影响rDNA转录与翻译,导致肌肉特异性蛋白质合成减少,为FSHD的肌肉萎缩提供了新的分子机制,并提示FRG2 lncRNA可能成为治疗靶点。
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