周晶晶，周　艷，聶勇戰(zhàn)，李小安△

1.成都醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院(成都　610500)；2.第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院(西安　710032)

ADAR1與非編碼 RNAs的研究進(jìn)展

周晶晶1，周艷1，聶勇戰(zhàn)2，李小安1△

1.成都醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院(成都610500)；2.第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院(西安710032)

【關(guān)鍵詞】RNA編輯；ADAR1；非編碼RNAs

作用于RNA的腺苷脫氨酶1(adenosine to inosine acting on RNA enzyme 1，ADAR1)是RNA編輯酶家族成員之一，其可催化雙鏈RNA上腺嘌呤轉(zhuǎn)換為次黃嘌呤，并將次黃嘌呤識(shí)別為鳥嘌呤，與胞嘧啶配對(duì)[1]。ADAR1介導(dǎo)的A-to-I RNA編輯作為一種重要的轉(zhuǎn)錄后修飾方式，改變了遺傳信息，從而產(chǎn)生蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能的多樣性，成為中心法則的一個(gè)重要補(bǔ)充。人類ADAR1基因位于染色體 1q 21.3， 全長(zhǎng)30 Kbp[2]，廣泛存在于哺乳動(dòng)物體內(nèi)，與胚胎發(fā)育、造血系統(tǒng)維護(hù)、免疫調(diào)節(jié)及疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。近期，高通量測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn)，上百萬個(gè)A-to-I RNA編輯位點(diǎn)位于非編碼區(qū)域，說明ADAR1與非編碼RNAs之間存在密切聯(lián)系。

1ADAR1生物學(xué)功能

ADAR家族包括3個(gè)主要成員：ADAR1，ADAR2及ADAR3，它們?cè)诩棺祫?dòng)物中的基因序列高度保守。ADAR1 和 ADAR2表達(dá)廣泛，而 ADAR3 僅在動(dòng)物腦組織中被發(fā)現(xiàn)。ADAR1是目前研究最為明確，且生物學(xué)功能尤為重要的RNA編輯酶。最初發(fā)現(xiàn)ADAR1有兩個(gè)亞型，即全長(zhǎng)的p150及較短的p110，隨后Nie等[3]發(fā)現(xiàn)，ADAR1存在第3個(gè)亞型p80。3個(gè)亞型的存在方式、結(jié)構(gòu)及功能均有所差異。p150基因受干擾素誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)錄和翻譯，p110和p80則可直接合成。p150主要存在于胞漿中，p110存在于細(xì)胞核，p80存在于核仁[3]。ADAR1亞型的共同結(jié)構(gòu)域?yàn)?C-末端催化脫氨酶結(jié)構(gòu)域 (DM)、N-末端雙鏈RNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域(dsRBDs)。ADAR1 全長(zhǎng)蛋白質(zhì)p150中含有N-末端Zα、出核信號(hào) (NES) 和 Zβ 結(jié)構(gòu)域，p110亞型的結(jié)構(gòu)域與p150相比較，少了出核信號(hào)(NES)及Zα結(jié)構(gòu)域[3]。p80與p110相比則缺少Zβ及1個(gè)dsRBD結(jié)構(gòu)域。 ADAR1生物學(xué)功能主要分為兩種：一是ADAR1以雙鏈RNA(dsRNA)為底物，催化腺嘌呤水解脫氨突變?yōu)榇吸S嘌呤，主要由C-末端催化脫氨酶結(jié)構(gòu)域 (DM)發(fā)揮RNA編輯作用，影響遺傳信息的編碼，豐富蛋白質(zhì)的多樣性；另一種是ADAR1與雙鏈RNA結(jié)合蛋白相互作用，由C-末端催化脫氨酶結(jié)構(gòu)域 (DM)及N-末端雙鏈RNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域(dsRBDs)發(fā)揮作用，參與哺乳動(dòng)物體內(nèi)的一系列生物學(xué)過程。研究[4]發(fā)現(xiàn)，ADAR1編輯作用阻止 MDA5(雙鏈RNA的胞內(nèi)傳感器)對(duì)內(nèi)源性雙鏈RNA的識(shí)別功能，是免疫系統(tǒng)區(qū)別自我和非我dsRNA的1個(gè)重要新機(jī)制。ADAR1相互作用蛋白主要分為兩類，一類是早期發(fā)現(xiàn)能被ADAR1編輯的相互作用蛋白，如PKR[5]；另一類是不依賴編輯功能，直接與ADAR1相互作用的蛋白，如核因子NF45、NF90[6]，隨后還發(fā)現(xiàn)移碼突變蛋白1(Upf1)[7]以及Dicer酶[8][RNA誘導(dǎo)基因沉默復(fù)合體(RISC)成員之一]，它們與ADAR1共同作用，在機(jī)體內(nèi)發(fā)揮重要的生物學(xué)功能。

ADAR1介導(dǎo)A-to-I RNA編輯的主要機(jī)制：通過改變密碼子，引起氨基酸序列mRNA翻譯過程的變化；對(duì)pre-mRNA剪接位點(diǎn)的識(shí)別；參與RNAi干擾機(jī)制；影響病毒RNA的復(fù)制過程及RNA合成過程。以往有研究[9]報(bào)道，ADAR1通過對(duì)雙鏈RNA的編輯來抑制病毒的復(fù)制。而Nie等[10]發(fā)現(xiàn)，ADAR1抑制病毒的復(fù)制不依賴編輯功能，而是由其dsRBDs 發(fā)揮作用，與蛋白激酶PKR相互作用，抑制EIF2AK2磷酸化，從而抑制皰疹病毒(VSV)復(fù)制，該發(fā)現(xiàn)對(duì)病毒免疫機(jī)制的深入研究具有促進(jìn)作用。隨后有大量研究[10-12]也相繼證實(shí)了該結(jié)論，如抑制丙型肝炎病毒(HCV)、人類T細(xì)胞性白血病病毒(HTLV)以及人類免疫缺陷病毒(HIV)的復(fù)制等。

ADAR1編輯活性與人類疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[13]。ADAR1介導(dǎo)的編輯功能障礙會(huì)引起遺傳性疾病、自身免疫性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)性疾病、心血管疾病和癌癥等。近幾年，越來越多的研究[14-15]發(fā)現(xiàn)，ADAR1的異常編輯及表達(dá)對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展有極大影響，如慢性粒細(xì)胞性白血病、食管癌、惡性黑色素瘤及肝癌等，其可能成為某些腫瘤的生物標(biāo)志物。因此，已有研究[16-17]試圖在體內(nèi)集中修改ADAR1活性并更正 RNA 編輯功能，發(fā)現(xiàn)ADAR脫氨酶結(jié)構(gòu)域可作為一個(gè)潛在的新工具，用于校正不相關(guān) RNA 編輯事件的遺傳性疾病。

2ADAR1與非編碼RNAs

哺乳動(dòng)物基因組的10%為蛋白質(zhì)編碼基因，90%為非編碼區(qū)，可以轉(zhuǎn)錄，但不能翻譯，且功能尚不明確[18]。非編碼RNAs包括microRNA(miRNA)、小干擾RNA(siRNA)、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)、小核RNA(snRNAs)及核仁小分子RNA(snoRNA)等。有趣的是，近期研究[19-20]發(fā)現(xiàn)，大量的A-to-I RNA編輯位點(diǎn)位于非編碼區(qū)域，這一結(jié)果暗示，ADAR1與非編碼RNAs之間存在密切聯(lián)系。

2.1ADAR1與miRNA

miRNA是一種重要的小非編碼RNA，是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類內(nèi)源性具有調(diào)控功能的非編碼RNA，其長(zhǎng)度約22個(gè)核苷酸。成熟的miRNAs是由較長(zhǎng)的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物經(jīng)過核酸酶的剪切加工而產(chǎn)生的，隨后組裝進(jìn)RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體，通過堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式識(shí)別靶mRNA，并根據(jù)互補(bǔ)程度的不同指導(dǎo)沉默復(fù)合體降解或阻遏靶mRNA的翻譯[21]。miRNA參與疾病的發(fā)生發(fā)展，可作為某些疾病的特異性標(biāo)志物[22]。具有發(fā)卡結(jié)構(gòu)的pri-miRNA和pre-miRNA均可作為ADAR1底物而被編輯，影響miRNA合成。

在細(xì)胞核內(nèi)，pri-miRNA及其發(fā)夾結(jié)構(gòu)是由Drosha/DGR8復(fù)合物對(duì)其進(jìn)行加工處理[7]。RNA 編輯器可能會(huì)影響有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的pri-miRNA的合成過程。出核后，其被Dicer酶剪切成為pre-miRNA。研究[23]發(fā)現(xiàn)，ADAR1p110介導(dǎo)pri-miR-142編輯后將被Tudor-SN降解，pre-miR-142的合成受到抑制，最終導(dǎo)致Dicer復(fù)合體對(duì)其進(jìn)一步加工形成成熟miRNA的表達(dá)下降。另有研究[24]結(jié)果顯示：人體內(nèi)大約有16% 的pri-miRNA發(fā)生A-to-I RNA編輯，被編輯的pri-miRNA可能會(huì)影響Drosha或Dicer的切割功能。在成年人的大腦中大約有20%的pri-miRNA能被編輯，只有少數(shù)成熟的miRNAs發(fā)生編輯的頻率較為顯著(>5%被編輯)[25]。Luciano等[26]研究表明pre-miR-22在人體及小鼠體內(nèi)廣泛存在且能被ADAR1 及ADAR2編輯。為了發(fā)現(xiàn)更多的編輯位點(diǎn)及被編輯的miRNA，有研究者采用RNA-seq及生物信息學(xué)結(jié)合分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)44個(gè)miRNA存在RNA編輯位點(diǎn)，暗示RNA編輯與miRNA有潛在聯(lián)系。

Ota等[8]對(duì)RNA編輯機(jī)制與RNA干擾(RNAi)機(jī)制的相互作用進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)ADAR1可與Dicer酶通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用形成復(fù)合物。有趣的是，ADAR1能增高pre-miRNA被Dicer酶切割的速率，并能促進(jìn)miRNA裝載到RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物上，影響miRNA的合成。ADAR1在RNA編輯和RNAi中的功能是不同的，這主要是通過分別形成ADAR1/ADAR1同源二聚體或Dicer酶/ADAR1異源二聚體復(fù)合物來實(shí)現(xiàn)，此外，在敲除ADAR1的小鼠胚胎中，miRNA合成將受到抑制，導(dǎo)致miRNA靶基因的表達(dá)也同時(shí)受到影響[8]。Shoshan等[27]在體內(nèi)、外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，降低miR-455-5p的 A-to-I編輯功能能促進(jìn)黑色素瘤的增殖和轉(zhuǎn)移，提示ADAR1編輯的miRNAs可能與疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。

2.2ADAR1與 siRNA

siRNA是一種小RNA分子，長(zhǎng)度約25個(gè)核苷酸，由Dicer加工而成。siRNA是siRISC主要成員，激發(fā)與之互補(bǔ)的目標(biāo)mRNA沉默，其與miRNA的不同點(diǎn)在于miRNA是內(nèi)源性的單鏈小RNA，而siRNA是由人工合成的雙鏈小RNA，兩者的功能也各不相同。siRNA是由長(zhǎng)dsRNA分子產(chǎn)生的特異性小雙鏈RNA片段。許多有dsRBDs結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)參與了RNA干擾機(jī)制，如Dicer、Drosha、DGCR8、TRBP以及 ADAR1。在細(xì)胞核內(nèi)，被ADAR1編輯的長(zhǎng)dsRNA將保留在胞核內(nèi)或被Turdo-SN降解。dsRNAs出核進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)中，并由Dicer對(duì) siRNA進(jìn)行加工[28]。因此，ADAR1編輯的dsRNA將減少siRNA的生成。

Heale等[29]在果蠅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，ADAR1 p150既能與Dicer-2切割下的短dsRNA結(jié)合，又能和Dicer競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合長(zhǎng)dsRNA，抑制siRNA的合成。研究[30]發(fā)現(xiàn)，在小鼠成纖維細(xì)胞胞質(zhì)中的ADAR1p150與 siRNA 緊密結(jié)合，通過siRNA基因沉默，對(duì)ADAR1純合子無效突變的影響比野生型細(xì)胞更明顯，結(jié)果表明，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，ADAR1p150作為細(xì)胞因子限制siRNA效能(如P19)，并通過降低siRNA的合成將其與RISC結(jié)合。另有研究[8]揭示，A-to-I RNA編輯和RNAi復(fù)合物可通過競(jìng)爭(zhēng)相互作用于dsRNA，并影響siRNA的合成。簡(jiǎn)言之，ADAR1的全長(zhǎng)亞基p150能特異性與siRNA結(jié)合，使siRNA干擾效率受到限制[31-32]。

2.3ADAR1與lncRNAs

基因測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn)，lncRNAs在轉(zhuǎn)錄組中占很大一部分，最近幾年，已有數(shù)以萬計(jì)的lncRNAs被發(fā)現(xiàn)，其轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸[33]。許多l(xiāng)ncRNAs被認(rèn)為有二級(jí)結(jié)構(gòu)折疊，可能成為RNA編輯的底物。高通量RNA測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在很多人類轉(zhuǎn)錄組中，lncRNAs(如Jpx和Malat 1)存在A-to-I編輯位點(diǎn)[34]。雖然被編輯的lncRNAs已有報(bào)道，但其生物學(xué)功能尚不清楚。通過ADAR1對(duì)其他非編碼RNA的作用機(jī)制推測(cè)其可能存在的分子機(jī)制：首先，被ADAR1編輯的lncRNAs有部分可能留在細(xì)胞核內(nèi)，運(yùn)輸至胞漿的lncRNAs將會(huì)切割A(yù)DAR1編輯的3′-UTR，從而影響其合成，如CTN-RNA[35]；其次，ADAR1可以編輯lncRNAs的位點(diǎn)，使其功能發(fā)生改變；最后，ADAR1可能與其他雙鏈RNA結(jié)合蛋白競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合lncRNAs。簡(jiǎn)言之，依賴或不依賴編輯活性，ADAR1對(duì)lncRNA的合成及功能都有重要調(diào)節(jié)作用。

3展望

發(fā)現(xiàn)ADAR1介導(dǎo)的A-to-I RNA 編輯已近30年，對(duì)其生物學(xué)功能的研究已取得較大進(jìn)展，但仍有許多機(jī)制尚不明確。目前還不清楚在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，ADAR1介導(dǎo)的A-to-I RNA 編輯是否能作為一種機(jī)制代替RNAi；ADAR1是否與其他蛋白質(zhì)相互作用，發(fā)揮新的生物學(xué)功能。 此外，ADAR1是否能作為其他疾病的標(biāo)志物，為疾病發(fā)生發(fā)展提供潛在的診療依據(jù)及方案也未知。在各種生物體內(nèi)對(duì)RNA編輯位點(diǎn)進(jìn)行基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，在非編碼RNAs上存在大量新的A-to-I編輯位點(diǎn)[36-38]，提示ADAR1可能在其中扮演著極其重要的作用。因此，研究ADAR1與非編碼RNAs之間存在的新分子機(jī)制及生物學(xué)意義將是未來研究的新熱點(diǎn)。

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通信作者:△李小安,E-mail:435445611@qq.com

doi:10.3969/j.issn.1674-2257.2016.02.031

【中圖分類號(hào)】Q75

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1705.R.20160418.1126.016.html

·綜述·