
花药早期的archesporial cell(孢原细胞)经过分化,可以形成不同的细胞类型。其中一条路线形成花粉母细胞/减数分裂细胞(meiocyte),另一部分形成绒毡层(tapetum)。它们的问题非常有意思:既然最初来自同一个祖细胞,那么细胞到底是如何“记住自己是谁”的?传统的理解通常是:我要成为meiocyte → 启动meiocyte相关基因;我要成为tapetum → 启动tapetum相关基因。但作者意识到,这还不够。因为细胞身份不仅仅取决于“该表达什么?”,还取决于“哪些东西绝对不能表达?”于是问题进一步变成:meiocyte为了保持自己的身份,是不是必须不断清除那些属于其他细胞命运的RNA?这就是整篇文章真正的切入点。
找到两个非常可疑的“守门人”——C3H14和C3H15
作者关注到拟南芥两个锌指蛋白:C3H14和C3H15。它们属于C3H型RNA结合蛋白。这就非常关键了。因为如果一个蛋白能够结合RNA,那么它就有可能参与RNA稳定性 → RNA降解 → RNA丰度 → 细胞命运。于是作者提出假说:C3H14和C3H15可能不是直接控制某一个“meiocyte基因”,而是在RNA层面维持meiocyte身份。而且两者具有一定功能冗余。所以作者不是只敲掉一个,而是直接做At c3h14 × At c3h15 双突变体。
真正的关键实验——敲掉以后,meiocyte发生了什么?结果非常漂亮。正常情况下:archesporial cell → meiocyte,meiocyte进入正常减数分裂。但是在c3h14 c3h15双突变体中:meiocyte发生减数分裂停滞(meiotic arrest)。也就是说:细胞身份出了问题。但作者没有停留在“C3H14/15突变 → meiocyte死亡”这种相关性层面。真正的问题来了:为什么meiocyte会停止发育?作者进一步分析突变体meiocyte中的RNA。发现一个非常关键的现象:本来不应该在meiocyte里大量出现的RNA,开始大量积累。这些RNA是什么?其中包括archesporial cell differentiation相关转录本,以及tapetum development相关转录本。也就是说,本来已经选择“我要成为meiocyte!”的细胞,却开始出现“我是不是还可以走archesporial/tapetum这条路?”相关的RNA。
这就产生了一个非常漂亮的模型。正常情况下,正常meiocyte应该是:meiocyte程序 ↑,同时archesporial/tapetum程序 ↓。而这个“↓”并不只是“不转录”。而是把已经出现的错误RNA主动清除掉。所以作者提出:C3H14/15 = meiocyte身份的“RNA清道夫/监控器”。它们不断检查:“这个RNA属于meiocyte吗?”如果不是:识别 → 招募RNA降解 machinery → 清除,从而保证meiocyte ≠ tapetum。
进一步追问——C3H14/15到底怎么把RNA扔掉?到这里还只是现象。作者还需要回答:C3H14/15为什么能够清除这些RNA?于是开始寻找它们的互作蛋白。结果发现:C3H14/15能够与两套RNA降解相关机器发生联系:P-body proteins以及CCR4–NOT deadenylase complex。这里的逻辑就非常清楚了。RNA想要被降解,通常首先需要处理它的poly(A) tail。CCR4–NOT就是非常重要的去腺苷化(deadenylation)复合体,它可以把mRNA的poly(A)尾巴缩短。于是:C3H14/15识别不需要的RNA → 招募/连接CCR4–NOT等RNA降解 machinery → mRNA去腺苷化 → RNA稳定性下降 → 错误RNA被清除。
(图文转载至:Science Art 公众号)
