證明迷一般的核內斑點結構功能：驅動高效mRNA剪接

一百多年前，當Santiago Ramón y Cajal用顯微鏡觀察神經元時，他看到了神經元核內的纖維狀和斑點狀結構研究人員后來發現，這些被稱為核體的核室沒有膜，但含有參與特定功能的分子簇。其中一種核體，斑點核，含有已知參與mRNA剪接的剪接體。斑點的破壞導致一系列疾病和發育障礙，但斑點如何驅動剪接仍不清楚。

一種觀點認為斑點是拼接工廠。剪接反應發生在斑點內部，然后剪接產物離開。“人們發現事實并非如此，”加州理工學院（California Institute of Technology）分子生物學家Mitchell Guttman說。“它們剪接因子濃度最高的原因非常類似于，如果我在你的房子里尋找床單濃度最高的地方，它不會在你的床上，而是在你的亞麻衣柜里，對吧？”當你不使用它們時，你存儲它們的位置。核斑點也被認為是如此。”

斑點可能是剪接體的儲存地點的想法促使Guttman更深入地研究核組織如何影響剪接過程。在最近的一篇文章中，他表明，當基因優先定位在斑點附近時，mRNA的剪接效率顯著提高

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校（University of Illinois, Urbana-Champaign）的細胞生物學家Andrew Belmont沒有參與這項研究，他說：“這對RNA加工領域來說意義重大，因為現在它確實賦予了斑點的功能意義。”

Guttman和他的團隊對核組織如何影響基因調控的不同數量方面很感興趣。為此，他們之前開發了一種方法來識別小鼠胚胎干細胞中“斑點遠”和“斑點近”的不同基因組區域在他們的新研究中，他們使用CRISPR和CRISPR相關蛋白基因編輯技術將一個報告基因整合到這些基因組區域中。

報告基因是雙向的。一個轉錄方向產生剪接RNA，用綠色熒光蛋白（GFP）標記，另一個轉錄方向產生未剪接RNA，用藍色熒光蛋白（BFP）標記。當報告基因被整合到靠近斑點的基因組區域時，GFP與BFP的比例顯著提高。

小鼠胚胎干細胞是全能的，表達許多不同的基因，但Guttman想知道基因組結構是否使組織特異性基因更接近斑點。為了找到答案，他研究了小鼠肌細胞中表達titin的Ttn基因，titin是收縮器官的關鍵成分。Guttman發現，與胚胎干細胞相比，Ttn在肌細胞中的位置更接近斑點，其相應mRNA在肌細胞中的剪接效率也高于胚胎干細胞。此外，在肌細胞中位于Ttn基因組附近的其他基因被更有效地拼接。

根據這些發現，Guttman得出結論，斑點會發出剪接體。“想想圍繞太陽運行的行星，”他說。“當你離得越來越遠時，傳熱就會急劇減少。”類似地，對于剪接體發射斑點，Guttman解釋說，如果目標mRNA在附近，剪接體在細胞核內有更小的搜索區域，使mRNA更容易被發現。

Guttman說：“通過物理空間組織，DNA結構的重塑，實現兩個非常不同但關鍵集成過程的功能動力學耦合，這一想法是我沒有必要預料到的，但我認為這是令人難以置信的興奮，更一般地說，在思考細胞中定量調節如何發生的新機制方面。”

接下來，Guttman和他的團隊想要揭示基因組結構如何組織以實現mRNA剪接的特定和精確動力學。“盡管所有這些分子在細胞核中隨機移動，但這兩個組成部分之間的相互親和力驅動了這種結合。這就是我們為什么要成立這個組織的原因，”Guttman說。

Belmont說：“在過去的幾年里，研究核斑點的論文數量已經有所增加，但現在，這種強大的功能意義將說服更多的人考慮核斑點在核組織背景下與RNA加工相關的任何過程中的作用。”

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