<行业新闻>Cell | 解析糖基化RNA的生理功能

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导读

最近的两项研究发现哺乳动物细胞外表面存在RNA，这一发现引发了关于细胞表面RNA功能以及它们产生和传输方式的问题。

      其中一项研究描述了在人体循环血液细胞中存在的一组与膜相关的细胞外RNA（maxRNAs），研究推测这些RNA可能是从垂死细胞释放的RNA中捕获的。

       另一项研究发现，癌细胞系和胚胎干细胞中的一些小RNA包含N-糖基化，被称为糖基RNA，其中一部分位于细胞外表面。尽管这些发现引起了兴趣，但对这些RNA的生物学功能、产生机制和识别机制仍知之甚少。

近期耶鲁大学医学院Jun Lu团队以及Dianqing Wu团队在Cell上共同发表了一篇题为“Cell surface RNAs control neutrophil recruitment”的研究论文。中性粒细胞是免疫系统的一部分，对组织损伤迅速做出反应，通过从血液中迁移到炎症部位参与细胞相互作用。因此，研究将集中在中性粒细胞上，探讨细胞表面RNA的表达、功能和调控机制。

作者为了探究中性粒细胞是否含有细胞表面RNA，首先检查了这些细胞中的糖基RNA存在。通过使用一个体外分化系统，利用Ac4ManNAz进行代谢标记，通过点击化学反应将RNA中的糖基修饰为生物素。结果显示，中性粒细胞中存在生物素信号，支持存在糖基RNA。

作者使用了巯基乙二醇（TG）诱导的急性腹膜炎模型验证细胞表面RNA是否在体内控制中性粒细胞功能。该实验中，通过预处理小鼠，注射两种不同颜色的中性粒细胞混合物到循环中，然后在2.5小时后评估它们在腹膜中的比例。

      经过细胞外RNaseA处理的中性粒细胞在腹膜中数量显著减少，而在外周血液、骨髓和脾中观察到相当或轻微升高的水平。与之相比，用失活的RNase A处理细胞并未明显影响腹膜中性粒细胞。该缺陷不仅局限于腹膜炎模型，在急性肺部炎症模型中也观察到细胞外RNaseA处理后的中性粒细胞显著减少。这些结果支持了在体内细胞表面RNA对于高效招募中性粒细胞到炎症部位的必要性。

为了更好地了解细胞表面RNA的细胞功能，作者在体外测试了中性粒细胞对内皮层的迁移能力。结果显示，经内皮迁移的缺陷主要是由于中性粒细胞粘附减少。细胞外RNaseA处理的中性粒细胞在缺乏内皮层的情况下没有迁移缺陷，表明细胞表面RNA在没有与内皮细胞相互作用时不直接影响中性粒细胞的迁移能力。

      在内皮层阻断实验中，使用从中性粒细胞中分离的糖基RNA阻断内皮层，结果显示阻断糖基RNA或糖基分数均有效减少中性粒细胞与内皮层的粘附和迁移，这表明细胞表面RNA的功能主要归因于糖基RNA的糖基。

      进一步的体内实时成像结果显示，细胞外RNaseA处理的中性粒细胞在血管内与内皮的相互作用明显减少，支持细胞表面RNA在中性粒细胞-内皮相互作用中的重要作用。

通过去除细胞表面RNAs，作者发现这并未显著改变中性粒细胞表面整合素水平或活性，也未影响中性粒细胞与整合素配体ICAM-1的相互作用。研究团队观察到细胞外RNaseA处理后中性粒细胞对纤维蛋白原表面的扩展也没有变化。然而，研究发现中性粒细胞表面糖基RNAs能够与内皮细胞表面的P-选择素（Selp）发生直接结合，通过阻断Selp，糖基RNAs的结合显著减少，进一步证实了Selp与糖基RNAs的相互作用。
      此外，研究表明中性粒细胞表面RNAs通过与Selp在内皮细胞上的结合，促进中性粒细胞与内皮细胞的黏附。这些发现为理解中性粒细胞在体内炎症过程中的迁移和相互作用提供了新的视角。

中性粒细胞表面存在RNAs的现象有两种可能的解释：A）第一种模型认为细胞RNAs从一个细胞释放，然后被另一个细胞捕获到细胞表面。B）第二种模型认为细胞RNAs在同一细胞内产生并被运输到细胞表面。

     通过进行共培养实验，其中一组中性粒细胞用Ac4ManNAz标记，另一组用红色染料标记，结果显示Ac4ManNAz标记的糖基RNAs主要存在于标记为绿色的细胞中，支持糖基RNAs是以细胞自主方式产生并运输到细胞表面的。

为了探究RNA是如何穿越细胞膜到达细胞表面的，作者研究了线虫sid-1 RNA转运蛋白的哺乳动物同源基因Sidt1和Sidt2。实验结果表明Sidt基因对糖基RNAs的存在至关重要，因为在Sidt-KD细胞中，Ac4ManNAz标记的糖基RNAs几乎被消除。

       此外，Sidt-KD细胞在体外和体内的中性粒细胞迁移和黏附中均表现出与exRNaseA处理相似的缺陷，进一步证明了Sidt基因对于维持糖基RNAs和细胞表面RNA功能的重要性。

小RNA测序发现，这些糖基RNAs主要由核基因组的非编码RNA片段组成。与人类H9和HeLa细胞的glycoRNA测序结果比较，发现序列在两个数据集中映射到相似的RNAs类别。

在序列水平上，许多序列在glycoRNA分数中富集，大多数可映射到已知的非编码RNA类别。然而，在确切的序列亚型水平上，没有在小鼠中性粒细胞和人类细胞系之间共享的富集glycoRNA序列，这表明中性粒细胞中的glycoRNAs主要由丰富的非编码转录本产生，机制尚未完全识别。

在富集的glycoRNA序列中，少数序列主导了glycoRNA文库，主要可映射到丰富的非编码RNAs。这些数据表明，中性粒细胞中的glycoRNAs主要由丰富的非编码转录本产生。

本文研究揭示了细胞表面RNA在中性粒细胞招募中发挥关键作用，sid-1 RNA转运蛋白的哺乳动物同源基因Sidt是糖基RNA表达的必需因素。小鼠Sidt基因的敲除消除了中性粒细胞的糖基RNA，功能上模拟了细胞表面RNA的丧失。该研究证明了细胞表面糖基RNA的生物学重要性，突显了RNA介导细胞功能的一个非典型方面。