Cell | 何川/潘滔通过转录组范围的snoRNA靶标识别，揭示snoRNA促进蛋白分泌的新机制

导读

小核仁RNA（snoRNA）是天然的引导RNA，长度60–300个核苷酸，能通过核糖核蛋白复合物识别细胞RNA靶标。人类基因组中有超过1000个snoRNA基因，分为C/D-box、H/ACA-box snoRNA和小Cajal体特异性RNA（scaRNA）。

A）snoRNA的主要功能是通过C/D-box和H/ACA-box引导rRNA的甲基化和假尿嘧啶修饰。

B）每个snoRNA提供一个或两个引导序列用于rRNA修饰，这已被证明用于调节核糖体生物合成、调节密码子识别并影响核糖体-配体相互作用。

C）snoRNA还可靶向tRNA、mRNA和lncRNA，并直接与蛋白质结合，影响其活性。

约80%的已注释snoRNA功能未明确，可能通过调控mRNA稳定性、编辑和剪接来调节基因表达。snoRNA缺失或突变与多种神经疾病相关，但其机制尚不清楚，主要由于缺乏有效工具识别snoRNA靶标及其修饰状态。

2024年11月22日，芝加哥大学何川和潘滔团队在Cell上发表了一篇题为“snoRNA-facilitated protein secretion revealed by transcriptome-wide snoRNA target identification”的论文，开发了一项能够全面绘制细胞snoRNA互作图谱的snoKARR-seq技术，发现了SNORA73与编码分泌性和膜蛋白的mRNA的相互作用，揭示SNORA73在促进蛋白质转位中的重要作用。

文章索引

研究结果

一. snoKARR-seq的开发

近期开发的KARR-seq方法通过化学交联捕获RNA-RNA相互作用，并有效克服了低丰度snoRNA和mRNA的检测限制。

作者改进了KARR-seq，设计了反义寡核苷酸（ASO）靶向连接的snoRNA-mRNA杂交产物，避免了snoRNA二级结构的问题。

这种方法通过N3-kethoxal标记、交联和连接富集snoRNA，并通过高通量测序检测snoRNA与mRNA的相互作用，大幅提高了snoRNA靶标的富集灵敏度。

二. 反义寡核苷酸（ASO）辅助的snoRNA靶标富集具有高效率

在五种细胞系中使用cDNA富集方法，成功富集了50种最强表达的snoRNA，富集效率为20到150倍。

当使用100种ASO时，几乎所有snoRNA的富集效率都很高，富集的嵌合读取中snoRNA比例提高了20到40倍，表明cDNA富集方法具有高效性。

三. snoKARR-seq检测已知的snoRNA-rRNA相互作用

snoKARR-seq成功检测到已知的snoRNA-rRNA相互作用，并发现了多个新型snoRNA-rRNA相互作用。

与其他方法相比，snoKARR-seq在已知相互作用中的信噪比显著提高。通过rRNA去除和RT-qPCR验证，新发现的互作可能不涉及rRNA修饰，但也可能具有其他功能，值得进一步探索。

四. snoKARR检测snoRNA与mRNA和lncRNA的相互作用

使用snoKARR-seq，作者在多个细胞系中识别了大量的snoRNA靶标，主要为mRNA和lncRNA，U3和SNORA73A/B靶标尤为丰富，这些靶标分布于mRNA的多个区域，部分靶标在黑猩猩和小鼠中保守。

不仅如此，作者还发现，U3靶标与基因表达和翻译调控相关。

此外，作者在小鼠大脑样本中发现了43个与普拉德-威利症候群（PWS）相关的snoRNA靶标，揭示了这些snoRNA的潜在功能。

五. snoKARR检测导致Nm修饰的snoRNA-mRNA相互作用

C/D-box snoRNA可以指导mRNA的Nm修饰，U3在这一过程中起关键作用。

snoRNA-mRNA相互作用遵循灵活的结合规则，Nm修饰位点靠近C/D-box区域，而H/ACA-box snoRNA未与mRNA J位点重叠，可能有其他功能。

六. SNORA73通过非典型序列靶向mRNA

SNORA73通过其铰链区域的非常规结合序列（MBM）与mRNA结合，而非通过经典的J口袋，并且这一结合序列在哺乳动物中保守。

七. SNORA73靶向编码分泌蛋白的mRNA，并促进其分泌

SNORA73通过靶向编码分泌或膜蛋白的mRNA，可能在蛋白质的转运和质膜递送中发挥作用。敲低SNORA73减少了CLU、LGALS3BP等分泌蛋白的分泌，但不影响mRNA丰度，表明SNORA73促进蛋白质的转运而非翻译。

研究还发现，SNORA73促进蛋白质从细胞质转运到内质网，并在膜蛋白转运中也起到重要作用。

八. SNORA73通过mRNA-snoRNA-7SL相互作用介导蛋白质向内质网（ER）的转运

SNORA73通过mRNA-snoRNA-7SL相互作用促进蛋白转运至ER，其7BM位点是关键，突变该位点显著减少蛋白分泌。

SNORA73与DKC1胞质同工型富集于核糖体，增强SRP对目标mRNA的招募，推动共翻译的转运。

九. mRNA-SNORA73-7SL三元结构具有模块化特性，可用于工程化促进蛋白分泌

研究证实SNORA73可通过结合目标mRNA和7SL RNA形成mRNA-SNORA73-7SL复合体，发挥“分子胶水”作用，指导分泌蛋白编码mRNA至SRP复合物。

此外，将SNORA73结合位点（sM）引入eGFP mRNA可显著提高蛋白分泌效率，表明SNORA73的RNA-RNA交互具有模块化和可编程特性，可用于优化蛋白分泌。

十. snoRNA促进蛋白分泌的模型

研究提出snoRNA通过与mRNA和7SL形成三元复合体，特异性促进SRP在新生肽合成后招募，从而增强蛋白质向内质网的转运。

总结

小核仁RNA（snoRNA）不仅指导RNA修饰，还与mRNA等其他RNA相互作用。本文开发了一种化学交联方法，发现SNORA73靶向编码分泌和膜蛋白的mRNA，并与SRP的7SL RNA相互作用，促进目标蛋白的分泌。