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植物miRNA如何在细胞间迁移?

定向牵引,不断的协调各种作用机制!

2018年8月6日,Nature Communications杂志在线发表了来自美国冷泉港实验室的Marja C. P. Timmermans课题组题为“Gating of miRNA movement at defined cell-cell interfaces governs their impact as positional signals”研究论文。该研究表明miRNA的迁移是通过细胞-细胞界面极化的门控机制精确调节的,导致miRNA迁移是定向运动,并限制长距离的运输。此外,研究还表明调节miRNA迁移的机制,是将小RNA识别为移动单元在细胞水平上对运动进行时空调节,不是由小RNA序列或甚至是产生它的途径决定的,这独立于通过胞间连丝控制蛋白质运动的机制。

小RNA的运动是植物生长和存活的基础。小RNA通过胞间连丝从细胞到细胞移动,以及通过韧皮部达到全身移动以协调整个植物对非生物和生物应激反应(如下图)。特别是,siRNA介导的基因沉默的传播是抵抗病毒攻击和转座子破坏作用的主要防御机制之一。类似地,响应于营养胁迫(例如磷酸盐胁迫)诱导的miR399是通过韧皮部运输以协调芽和根之间的生理反应。

小RNA具有与其他发育信号(如激素,肽配体和转录因子)不一样的特性,即具有高度特异性和直接作用模式,其允许精确和快速的细胞命运发生转变。小RNA调节还赋予了基因调控网络的灵敏度和稳健性。这些特性使得移动的小RNA特别适合促进发育变化,并提供了一种机制来解决即使在波动的环境条件下产生稳定和均匀发育边界的问题。然而,除了关于小RNA的局部细胞与细胞之间的移动除了认为是通过胞间连丝以外,其他的移动机制知之甚少!

该文通过利用之前描述的miRGFP传感器系统(通过特异表达人工miRGFP来靶向各特异表达GFP,然后观察荧光信号的有无,可以判断miRNA是否移动),确认了miRNA的细胞间移动是受到发育调节,并且表明miRNA的迁移不是通过胞间连丝特性,例如孔径和密度来控制的。进一步研究表明,miRNA显示定向移动性,并且长距离移动是高度限制,这揭示了相邻细胞之间的miRNA迁移受到细胞 - 细胞界面的方向性的机制的调节。另一方面,通过研究植物茎尖分生组织发现,miRNA能够在分生组织的给定功能域内的细胞之间移动,但不能在这些域之外移动(如下图),揭示了额外的调节机制在空间上限制miRNA在芽干细胞niche的功能域之间的运动,可能起到维持干细胞干性的作用。

总之,这些数据表明miRNA迁移是一个高度调节的过程,允许在更发达的组织环境中定向运动,以及在干细胞niche内的区域自主行为。此外,研究表明调节miRNA迁移的机制,是将小RNA识别为移动单元,不是由小RNA序列或甚至是产生它的途径决定的,在细胞水平上对运动进行时空调节,这独立于通过胞间连丝控制蛋白质运动的机制。

来源:iplants

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