mTOR和LARP1如何调控TOP mRNA的poly(A)尾长度和核糖体装载？Nanopore DRS技术助力研究获新发现！
在细胞生长与翻译调控领域，mTOR信号通路一直是研究的热门话题，因为它在细胞生长、蛋白质合成以及代谢调节中起着关键作用。今天我们要聊的这篇Cell Reports文章，就聚焦在mTOR和LARP1对TOP mRNA的poly(A)尾长度以及核糖体装载的调控机制上，为理解细胞翻译的精细调控提供了新的视角。更值得一提的是，文章中大量使用了nanopore direct RNA sequencing（DRS）技术，为我们展示了这一前沿测序技术在研究RNA分子特征上的独特优势。
【题目】mTOR- and LARP1-dependent regulation of TOP mRNA poly(A) tail and ribosome loading
【发表期刊】Cell Reports
【发表时间】2022年10月25日
【IF】9.995
背景知识：mTOR和LARP1的那些事儿
mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶点）是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，它在细胞生长和代谢中扮演关键角色。mTOR信号通路通过整合营养物质、生长因子和能量状态等信号，调控蛋白质合成和细胞生长。而LARP1（La相关蛋白1）作为一种RNA结合蛋白，已知在控制核糖体生物合成方面起着关键作用，并且其功能受mTOR信号通路的调控。
TOP mRNA是一类编码蛋白质合成机器的mRNA，其特征是在5'端包含一个被称为5'TOP的序列。这些mRNA的翻译对mTOR信号通路敏感，当mTOR信号激活时，TOP mRNA的翻译会受到影响。不过，关于TOP mRNA的poly(A)尾长度及其与核糖体装载的关系，此前的研究还很有限。
研究方法：DRS技术大显身手
文章中，作者运用了多种实验方法来研究TOP mRNA的poly(A)尾长度和翻译之间的关系。其中，纳米孔直接RNA测序（DRS）技术是这项研究的关键工具之一。
DRS技术的优势
DRS技术能够直接对天然RNA分子进行测序，无需进行反转录或扩增步骤。这意味着它能够保留RNA分子的原始特征，比如poly(A)尾长度等。在研究RNA的表观遗传修饰、转录后加工以及RNA稳定性等方面，DRS技术提供了前所未有的高分辨率视图。这一点在本研究中体现得淋漓尽致，为揭示TOP mRNA的poly(A)尾长度在不同生理条件下的动态变化提供了有力支持。
多糖体分级和直接RNA测序实验
为了研究poly(A)尾长度与核糖体装载之间的关系，作者进行了多糖体分级实验，并结合DRS技术对不同核糖体分级组分中的RNA进行了测序分析。通过这种方法，他们能够精确测量每个基因的poly(A)尾长度分布，并与核糖体密度相关联（图1A和图1B）。
图1
实验结果：TOP mRNA的poly（A）尾长度与核糖体装载的关联
作者发现，在mTOR活跃和氨基酸丰富的条件下，TOP mRNA的poly(A)尾长度与核糖体装载量呈正相关。具体来说，处于多核糖体组分中的RNA倾向于具有更长的poly(A)尾，这表明TOP mRNA的翻译与其poly(A)尾长度之间存在直接的联系（图1B）。而且，通过定义一种称为poly(A)转移积分（PASS）的指标，作者进一步量化了这种关系，发现与多核糖体组分相关的基因中，poly(A)尾长度显著增加（图2）。
此外，作者还发现，top mRNA的poly(A)尾长度会随着氨基酸的可用性而动态波动。在mTOR活跃和氨基酸丰富的条件下，poly(A)尾会逐渐缩短；而在mTOR失活和氨基酸缺乏的条件下，长poly(A)尾的top mRNA会累积，并且这一过程依赖于LARP1（图3A和3B）。
图3
LARP1的关键作用
LARP1在这一过程中发挥着至关重要的作用。作者发现，敲低LARP1会破坏氨基酸缺乏或mTOR抑制条件下长poly(A)尾TOP mRNA的积累，表明LARP1是维持TOP mRNA poly(A)尾长度和翻译抑制所必需的（图4A-4C）。而且，LARP1与非典型poly(A)聚合酶（如PAPD4、PAPD5和PAPD7）相互作用，能够在转录后水平上诱导目标mRNA的polyadenylation（图5A-5C）。
图4
图5
研究意义：DRS助力翻译调控新机制
这项研究揭示了mTOR和LARP1通过调控TOP mRNA的poly(A)尾长度来影响其翻译的新机制。它不仅加深了我们对细胞翻译调控的理解，还为研究RNA在细胞生理和疾病中的作用提供了新的思路。
DRS技术的前景
DRS技术在这篇文章中展现出的高精度和高信息量的RNA分析能力，无疑是它的一大亮点。对于想要深入研究RNA分子特征和转录后调控机制的科研人员来说，DRS技术提供了一个强大的工具。通过DRS，研究人员能够直接观察到RNA分子的poly(A)尾长度、修饰情况以及其他转录后加工事件，从而更全面地了解RNA在细胞功能中的角色。
综上所述，这篇Cell Reports文章不仅在科学发现上具有重要意义，还向我们展示了DRS技术在前沿RNA研究中的巨大潜力。
参考文献
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