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《细胞》:卢俊/吴殿青团队合作揭示细胞表面RNA的功能

已有 936 次阅读 2024-1-23 14:21 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

北京时间2024年1月22日,美国耶鲁大学卢俊吴殿青研究团队合作,在Cell杂志在线发表了题为“Cell Surface RNAs Control Neutrophil Recruitment”的论文,报道了细胞表面RNA对中性粒细胞在炎症部位的招募至关重要。

张宁宁汤文文博士为论文共同第一作者,卢俊教授吴殿青教授为论文共同通讯作者。

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生物体内的绝大多数RNA位于细胞内部,是细胞不可或缺的关键分子。然而,新近研究在哺乳动物细胞中发现位在细胞表面的RNA,其中包括具有糖基化修饰的RNA,被称为糖基化RNA (glycoRNA)[1, 2]。对于为何哺乳动物细胞表面会存在RNA这一现象,这类RNA是如何产生以及其是否具有重要的功能成为科学界所关注的焦点。该报道发现大多数糖基化RNA以稳定的形式存在于中性粒细胞的外表面,细胞表面的RNA对中性粒细胞在小鼠体内被招募到炎症组织至关重要,并揭示了调控糖基化RNA表达水平的重要机制。

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细胞表面RNA调控中性粒细胞功能机制示意图

中性粒细胞是哺乳动物血液中最主要的一种白细胞。作为宿主抵抗入侵病原体的第一道防线,中性粒细胞需要从外周循坏的血液经血管渗出到达临近感染或损伤部位。该研究报道,在小鼠中性粒细胞外表面存在RNA,消除细胞表面RNA显著降低小鼠中性粒细胞在体内炎症部位的招募,并减少中性粒细胞对内皮细胞(endothelial cells,EC)的附着和迁移。中性粒细胞的glycoRNA主要位于细胞外表面,并可以被内皮细胞表达的P选择素(P-selectin)识别,这对中性粒细胞与内皮细胞的相互作用至关重要。该研究还发现中性粒细胞表面的glycoRNA由细胞自身产生,而并非通过捕捉细胞外的游离RNA分子。Sidt基因的敲除导致中性粒细胞glycoRNA丧失,并在炎症部位呈现出与细胞表面RNA丧失相类似的中性粒细胞招募缺陷。

为了检测中性粒细胞是否含有glycoRNA,作者首先使用叠氮标记的唾液酸前体(Ac4ManNAz)对含有唾液酸聚糖进行标记,并在高度纯化的RNA中检测到叠氮信号,这表明中性粒细胞含有glycoRNA。作者进一步验证了glycoRNA主要分布在细胞外表面。作者使用核苷同源物5'-溴尿苷(BrU)标记细胞RNA,并通过BrU抗体在中性粒细胞的细胞表面直接检测到RNA信号。

为了探究细胞表面 RNA 在体内是否能具有调控中性粒细胞的功能,作者采用多种炎症模型,以研究在炎症部位细胞表面RNA对中性粒细胞炎症反应的影响。研究发现,细胞外RNase A(exRNaseA) 处理细胞以消除细胞表面RNA显著降低(~9倍)中性粒细胞在体内炎症部位的招募。体外实验表明,中性粒细胞表面RNA对其内皮细胞上的附着以及跨内皮细胞迁移发挥重要作用。而用纯化的中性粒细胞glycoRNA来预处理内皮细胞表面可以有效地中和中性粒细胞表面RNA的作用,证明中性粒细胞表面的RNA功能主要来自于glycoRNA。体内实时成像发现,消除细胞表面RNA导致中性粒细胞在血管壁内皮细胞上从自由流动(free flowing)到滚动(rolling)的比例显著减少,而不改变其从滚动到稳定黏附(stable adhesion)的比例。进一步研究表明,中性粒细胞的glycoRNA可以被内皮细胞上的P选择素识别,从而促进中性粒细胞与内皮细胞的相互作用。这些数据表明,细胞表面RNA在调控中性粒细胞在血管壁内皮细胞上的捕获和迁移过程中起着重要作用。

接下来,作者证明了glycoRNA以细胞自主方式产生并被运输到细胞表面。Sidt基因(Sidt1Sidt2)是哺乳动物中Sid-1 RNA转运蛋白的同源基因。Sidt基因的敲除导致中性粒细胞glycoRNA丧失,影响中性粒细胞与内皮细胞相互作用,并在炎症部位呈现出与细胞表面RNA丧失引起的中性粒招募缺陷相类似。Sidt基因敲除后,exRNaseA处理不再调节中性粒细胞在内皮细胞上的附着以及跨内皮细胞迁移。这表明在中性粒细胞中,Sidt基因对glycoRNA表达和细胞表面RNA的功能均是必需的。

综上所述,这项研究揭示了细胞表面glycoRNA的生物学重要性,并突显了RNA介导的细胞功能调节的一个全新的领域。细胞表面RNA的研究任然处于萌芽阶段。glycoRNA可以在多种哺乳动物细胞内检测到。可以预期,这一研究领域会在今后的研究中迅速取得进展。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.12.033

参考文献

1. Huang, N., et al., Natural display of nuclear-encoded RNA on the cell surface and its impact on cell interaction. Genome Biol, 2020. 21(1): p. 225.

2. Flynn, R.A., et al., Small RNAs are modified with N-glycans and displayed on the surface of living cells. Cell, 2021. 184(12): p. 3109-3124 e22.



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