酶美脊肌萎缩症(SpinalMuscularAtrophy,SMA)是一种常染色体隐性遗传病，主要表现为运动神经元变性和肌肉萎缩，在新生儿中的患病率为1:6,-10,(Prior,)。SMA患者的共同特点是脊髓前角细胞变性，临床表现为肢体近端为主的肌无力和肌萎缩，分为4种类型，其中最严重的I型患者多数在2岁内死于呼吸衰竭(Mercurietal.,)。已知的SMA病例主要由SMN1基因突变或缺失等原因导致。SMN基因在动物中具有高度的保守性，该基因缺陷的小鼠和果蝇也都呈现出典型的运动神经元与肌肉发育缺陷(Imlachetal.,)。由于其编码的SMN蛋白是指导剪接体复合物正确生成的关键调控因子(Pellizzonietal.,)，因此研究SMA不仅在临床医疗上，而且在RNA领域具有重要地位。剪接体是识别内含子并催化RNA剪接发生的RNA-蛋白质大分子复合物，高等生物体内存在两种剪接体，即主要剪接体（majorspliceosome）与次要剪接体（minorspliceosome）。其中主要剪接体在体内的丰度占主导地位，催化剔除99.5%以上的内含子，而目前已知的次要剪接体识别的内含子数量非常稀少，且多数为预测。研究表明SMN蛋白水平下降会导致大量内含子的剪接发生紊乱(Zhangetal.,)。尽管两种剪接体的组装都需要SMN蛋白，但是一个比较有趣的现象是，次要剪接对SMN的突变/缺失更为敏感(Doktoretal.,)。研究人员据此推测SMA症状可能与机体内的次要剪接障碍有着重要联系。然而，已有SMA研究主要集中于SMN基因，对受其下游致病基因和调控机制一直未有真正意义上的探索。近日，NatureCommunications在线发表了这一研究进展，论文题目为“DefectiveminorspliceosomesInduceSMA-associatedphenotypesthroughsensitiveintron-containingneuralgenesinDrosophila”。研究深入探索了SMA症状与机体内的次要剪接障碍的重要联系，展示其下游调控机制。为深入理解SMA及相关次要剪接基因在疾病发生中的作用，武汉大学生命科学学院徐永镇研究团队首先利用基因组编辑技术在果蝇中分别敲除了次要剪接体的U12和U6atacsnRNA两种特有组分。这两个突变体均表现出典型的运动神经元发育和运动能力缺陷，直接证明次要剪接缺陷即可导致SMA表型（图1）。图1.U12与U6atacsnRNA敲除果蝇表现出典型的SMA缺陷。随后团队进行了高通量转录组测序。为克服常规RNA剪接分析软件的局限性，研究团队研发了针对所有单个剪接位点使用效率进行准确分析和比较的生物信息学方法。发现除已报导的15个次要剪接内含子外，果蝇基因组中还至少存在个对次要剪接敏感的剪接位点和48个敏感内含子（图2）。图2.新的生物信息计算方法揭示出大量的次要剪接敏感内含子。这些受到次要剪接缺陷影响的基因中有33个与神经系统功能相关。此后通过大量的遗传学筛选，发现在神经系统中回补其中3个基因（Zmynd10,Pcyt2,Fas3）的蛋白编码序列即可以有效地拯救SMA果蝇的表型缺陷，包括神经肌肉接头的形态与数量、幼虫肌肉的大小与形态、爬行能力等（图3）。与此同时，研究团队还检测到众多新发现的敏感剪接位点既可以被次要剪接体识别，也可以被主要剪接体识别，揭示出一种全新的内含子选择性识别和剪接机制。图3.神经系统特异性表达Zmynd10,Pcyt2,Fas3有效地拯救了SMA缺陷。这一研究极大地拓宽了次要剪接体识别的内含子范围。同时，在果蝇中鉴定出了3个与SMA相关且受SMN控制的下游基因，为研究人类SMA疾病提供了新的潜在基因靶点，并且开发出了更高效准确地分析具有剪接缺陷基因的新方法。博士生李梁为该论文的第一作者，博士生丁展、庞亭林协助开发了新的生物计算方法，徐永镇教授与樊玉杰副研究员为共同通讯作者。徐永镇研究团队近年来致力于个体发育和疾病中的RNA剪接研究，取得的成果包括人类血液肿瘤疾病中SF3B1高频突变体导致RNA紊乱的分子机制(GenesDev)，保守内含子元件促进反式剪接发生的新机制(GenesDev)，转录与剪接的双向偶联机制(NAR)等。在未来的研究中，该团队将围绕RNA剪接参与的个体发育、疾病发生等生理病理进程，继续开展深入的研究。徐永镇教授实验室的网址为：