RNA结合蛋白Rbm24的功能研究进展

孔淑慧 ，成海建 ，姜富贵 ，王亚芳 ，张清峰 ，宋恩亮 *

（1.山东省农业科学院畜牧兽医研究所，济南 250100；2.山东省畜禽疫病防治与繁育重点实验室，济南 250100；3.山东省畜禽健康养殖工程技术中心，济南 250100）

RNA结合蛋白（RBPs）可以结合单链或者双链RNAs，对调节转录后基因的表达和组织特异性可变剪接有重要作用[1]。Rbm24作为RBPs家族一员，在不同脊椎动物中的氨基酸序列十分保守，且高度保守地表达在心脏、体节、晶状体和耳囊中[2]。研究发现，Rbm24在心脏和骨骼肌发育和分化过程中是必不可少的：通过与靶基因RNA的3’UTR或5’UTR结合调节mRNA的稳定性，或者调控靶基因的可变剪接产生不同的剪接变体，以保证细胞的正常形成和功能[2-5]。近来的研究发现，Rbm24在抗癌症[6]、抗巨肠症[7]和调控病毒复制[8，9]方面也发挥重要作用。本文就RNA结合蛋白Rbm24的功能研究进展予以综述。

1 Rbm24的结构

RBPs参与RNA的转录、编辑、剪接、运输和定位、稳定性与翻译等生物学过程[1]。伴随RNA结合蛋白转录后调控机制的广泛报道，越来越多的学者专注于其功能的探究。证据表明，RBPs与多种人类疾病相关[10]。心脏特异的RBPs是导致心脏疾病的主要致病因子之一，如Rbm20，是最早发现的与心脏疾病相关的RBPs，主要参与调控Titin转录后mRNA的可变剪接，Titin可变剪接异常与人类的扩张型心肌病和心脏衰竭相关[11-14]。研究发现，心脏特异的可变剪接因子Rbm24也参心脏病的发生。

RNPs与单链或双链RNAs的结合是通过其RNA结合域 （RBDs），RBDs包括RRM、KH结构域和锌指结构域等。Rbm24的N末端有一个高度保守的RRM，RRM是最常见并且最典型的RBDs。Rbm24的RRM由RNP1和RNP2两个亚基构成[15]，且从线虫到人都高度的保守[16]，暗示Rbm24在不同物种中发挥功能的保守性。

由于基因倍增的缘故，斑马鱼中有两个Rbm24基因，分别是位于19号染色体的Rbm24a和位于16号染色体的Rbm24b。在斑马鱼中，Rbm24a是母源表达基因[3]。从受精后10 h开始，Rbm24a和rbm24b在心脏原基和新形成的体节中逐渐表达；从受精后20 h起，Rbm24a在晶状体中表达，而Rbm24b在晶状体中没有表达[3,17]。因此，斑马鱼的Rbm24a基因与小鼠、非洲爪蛙等其他脊椎动物的rbm24基因的表达图式是高度保守的[2-4,16]。通过DNAMAN等生物信息学软件分析表明，不同物种Rbm24氨基酸序列高度保守：不仅在小鼠和人中保守，在猪、牛等家畜中也非常的保守，尤其是在RRM区域（如图1）。氨基酸序列比对分析表明，小鼠Rbm24与人、猪、牛、鸡、非洲爪蛙、斑马鱼和马Rbm24同源性依次为：98.73%、98.31%、98.31%、91.56%、89.50%、82.28%、77.12%。其氨基酸序列的保守性暗示其在不同物种中的功能也相对保守。对于Rbm24功能的研究，目前主要集中在调控骨骼肌和心肌细胞发育和分化方面，对肌节组装和心脏收缩具有重要作用[2-5]。

图1 小鼠与其他物种Rbm24氨基酸序列比较分析

2 Rbm24的功能

2.1 Rbm24与心脏的分化和发育

研究发现，RNA剪接是心脏功能正常的基础，心脏关键基因的可变剪接异常可导致心脏疾病的发生和恶化[18-20]。已有多个RBPs引发的可变剪接异常被证明在心脏疾病的发生和恶化过程中起着关键作用，例如RBM20突变体能引发多个心脏基因，如Titin、CamkIIδ和RyR2等的错误剪接导致早发性扩张型心肌病[11]。最近研究发现，Rbm24在心肌细胞分化[21,22]、形成[3,4]、增殖[23]、纤维化[24]等环节起更加重要作用。Rbm24通过将胚胎干细胞多能性剪接变体向组织特异性剪接变体的转变，降低胚胎干细胞的多能性，促进细胞向特异方向的分化，从而诱导心肌细胞形成[21,22]。在小鼠的心脏发育过程中，Rbm24调控了至少68种可变剪接事件，其中Naca、Fxr1和Abcc9的可变剪接已被证明是心脏发育、肌节形成和心肌病的基础[4]，可见Rbm24在心脏分化和发育中起着至关重要的作用。

2.2 Rbm24与骨骼肌分化和发育

骨骼肌是一个具有大量可变剪接事件的组织，肌肉特异蛋白剪接变体的表达对肌肉的发育和功能是必须的[25,26]。在骨骼肌的分化过程中，基因的表达在转录和转录后水平受到严格的调控。Rbm24在骨骼肌肌细胞的分化[2,27,28]、形成和再生[29-31]过程中发挥重要作用。敲低Rbm24后，阻碍非洲爪蛙肌细胞的形成[5]，导致斑马鱼体节发育异常[17]，在小鼠中条件性敲除Rbm24后则导致肌小节M带的缺失[4]。以上结果表明，Rbm24在骨骼肌分化和发育过程中具有重要作用。

2.3 Rbm24与鼻咽癌

鼻咽癌（NPC）是一种高度恶性的肿瘤，经常侵入邻近区域并转移到局部淋巴结和比较远的器官。尽管鼻咽癌早期可以进行放射性治疗，但是治疗结果并不可观[32,33]。转移相关的肺肿瘤转录因子MALAT1在多种人类肿瘤中高度表达，能够促进CNE-1细胞的增殖、迁移和入侵[34]，其下调则起到相反的效果[35]。在NPC中，Rbm24作为一个新的NPC肿瘤抑制因子，通过上调miR-25促进靶基因MALAT1通过依赖Argonaute2(Ago2)的方式降解，抑制肿瘤发生和入侵[6]。

2.4 Rbm24与巨结肠症

先天性巨结肠症（HSCR）是出生时肠神经系统紊乱最常见的疾病，发病率为五千分之一到二千分之一，这种神经发育性出生缺陷是由于肠基层和包括不同胃肠道区域的粘膜下丛缺乏壁内神经节细胞所致[36]。因此，任何肠神经脊细胞（ENCCs）的存活、增殖或迁移异常都会导致远端肠道神经节细胞缺乏症[37]。研究发现，在HSCR患者中，MIR143HG表达上调，上调MIR143HG则促进Rbm24的表达，过表达的Rbm24将更多的富集在细胞核；然而，Rbm24在细胞核中既可与MIR143HG mRNA结合通过降低其转录本的半衰期降低其稳定性，又可促进Ago2介导的RNA诱导沉默复合体（RISC）与MIR143HG mRNA的结合促进其降解。因此MIR143HG与Rbm24形成一个负反馈环调控HSCR[7]，以维持细胞的内稳态[38]。

2.5 Rbm24与肝炎

丙型肝炎病毒（HCV）的基因组RNA释放进入细胞质后，首先作为模板进行蛋白质的合成，蛋白质合成结束后则进行RNA的复制，RNA的复制起始于基因组RNA作为模板合成的反义RNA链。但是，这种从翻译向复制的协调转换机制并不清楚。基因系列分析发现，感染丙型肝炎病毒（HCV）后，Rbm24表达上调，其通过与HCV 5’UTR结合抑制60S核糖体的招募，影响80S核糖体的组装，进而抑制HCV的翻译；同时，Rbm24通过连接HCV的 5’UTR和3’UTR促进HCV的复制。敲低Rbm24的表达则增强和延长HCV的翻译，并使从翻译向复制的开关延迟。以上结果表明，Rbm24抑制HCV的翻译，促进复制，并在调控病毒从翻译到复制的开关方面具有重要作用[8]。在感染HBV病毒的肝癌细胞系中的研究发现，合适的Rbm24水平是HBV正常复制的必须，敲低或者过表达Rbm24均降低HBV的复制。究其原因，一方面是Rbm24主要通过其RNP1和RNP2与乙型肝炎病毒RNA的3’UTR相互作用增强乙型肝炎病毒RNA的稳定性；另一方面是Rbm24主要通过其RRM与乙型肝炎病毒前基因组RNA（pgRNA）的5’UTR相互作用阻碍pgRNA上80S核糖体的组装进而抑制核心蛋白的翻译[9]。以上结果表明Rbm24是调控病毒复制与翻译的重要宿主基因，尽管其调控机制尚不清晰。

3 Rbm24的可能调控机制

3.1 调控mRNA的稳定性

Rbm24对mRNA稳定性的调控主要是通过其RRM与mRNA的3’UTR结合，延长或缩短mRNA的半衰期：如在骨骼肌发育方面，Rbm24结合肌细胞分化因子Myogenin成熟mRNA的3’UTR，通过延长其半衰期增强其稳定性和促进骨骼肌细胞的分化[2,27,28]。另外，Rbm24也通过类似的原理调控p21和p63的表达：增强p21 mRNA的稳定性上调p21的表达[15]，降低p63 mRNA的稳定性下调p63的表达[39]。Rbm24在调控mRNA稳定性方面，除结合mRNA的3’UTR之外，还可以结合CDS区，如在心脏发育方面，Rbm24可与chrm2 mRNA的CDS结合降低其稳定性[40]。

3.2 调控mRNA的可变剪接

在心脏分化和发育过程中，Rbm24作为可变剪接调控因子调控多个基因的可变剪接，且大部分是促进肌肉特异外显子的包含，如胚胎期小鼠基因Naca、Fxr1、Abcc9[4]，成年小鼠心脏基因Pln、Pdlim5和Ttn[41]，以及enh1[23]，其可变剪接异常均可导致不同程度的心脏疾病。研究发现，Rbm24对心脏基因可变剪接调控可能是依赖于Stk38对Rbm24的磷酸化和稳定性的调控，敲低Stk38的表达则降低心肌细胞中Rbm24的蛋白水平和依赖于Rbm24的可变剪接事件，导致肌节蛋白的下调和肌节组装异常[42]。在骨骼肌分化和发育过程中，Rbm24同样调控了多个基因的可变剪接事件，如Coro6、Fxr1和NACA，其可变剪接异常则影响肌细胞的正常形成和发育[4]。Rbm24对骨骼肌基因的可变剪接调控是受控于miR-222的，miR-222可以结合Rbm24 mRNA 3’UTR中的结合位点Rb-1和Rb-2，进而调控Rbm24的表达[43]。过表达miR-222则下调Rbm24的表达，影响肌细胞的融合和肌细胞中Coro6、Fxr1和NACA的可变剪接[43]。

4 总 结

Rbm24作为一个转录后调控因子，通过多种途径在心脏和骨骼肌分化和发育、抗癌症、抗巨结肠症和调控病毒复制和翻译方面发挥重要作用。目前对于其在心脏和骨骼肌分化和发育方面的功能研究比较深入，主要是调控靶基因mRNA的稳定性或前体RNA的可变剪接。尽管Rbm24在牛、羊、马等家畜中研究甚少，但其氨基酸序列和在脊椎动物中调控肌细胞分化和发育的保守性暗示其对提升家畜肉质和增加肉产量具有潜在的价值，而其在病毒复制和翻译方面的研究也将为畜禽疫病的防治提供参考依据。

Rbm24还可结合大量参与调控细胞骨架、泛素化调节的蛋白质水解、癌症和黏着斑等相关基因，但相关的研究还比较少。在脊椎动物中，Rbm24除了保守地表达在心脏和骨骼肌外，还特异地表达在晶状体和耳囊中。但是，Rbm24在晶状体和耳囊的发生和发育方面的功能却鲜有报道，其是否也作为组织特异性可变剪接因子调控相关基因的可变剪接，还是通过调控相关基因mRNA的稳定性调控表达，亦或有其他新的调控机制，还有待相关研究。