东方时讯网当细胞复制DNA以产生RNA转录物时，一些遗传物质被包括在内——这些被称为外显子——但其余部分被排除在外。产生的转录本是完全成熟的RNA分子，可用作构建蛋白质的模板。基因表达的一个特征是，通过称为选择性剪接的过程，细胞可以选择不同的外显子组合来产生不同的RNA转录本。由巴塞罗那科技学院基因组调控中心(CRG)的一个团队领导的研究人员发现了一组微小的蛋白质编码基因片段，称为微外显子，它们被剪接成胰岛细胞mRNA，并且似乎在发挥作用在胰岛功能和血糖控制中发挥重要作用，并可能导致2型糖尿病(T2D)易感性。
该团队由ICREA研究教授ManuelIrimia博士共同领导，确定了一种调节这些IsletMIC的RNA结合蛋白SRRM3，并发现SRRM3和IsletMIC均由升高的葡萄糖水平诱导。然后他们的研究表明，无论是在人和大鼠β细胞系和小鼠胰岛中耗尽SRRM3，还是抑制特定的IsletMIC，都会影响胰岛素分泌。报告他们在《自然新陈代谢》中的发现，研究人员发现，影响SRRM3表达和IsletMIC包含在胰岛中的人类遗传变异与空腹血糖变异和T2D风险相关。该团队认为，这些胰岛微外显子可能代表了治疗T2D中功能失调的β细胞的有前途的目标。他们的结果还支持这样一种观点，即胰岛细胞是通过借鉴神经元细胞的调节机制进化而来的。
在发表的题为“胰腺微外显子调节胰岛功能和葡萄糖稳态”的论文中，作者说，“在这里，我们发现胰岛中也存在神经微外显子的一个子集，形成了一个进化上保守的程序，特别影响参与胰岛功能的基因。胰岛素分泌功能和T2D风险……因此，我们的结果揭示了成熟胰岛细胞功能和血糖控制所必需的转录后调节程序。”
生物体使用选择性剪接来实现复杂的功能。类似于电影制片人制作电影的常规剪辑和导演剪辑，在转录本中包括或排除单个外显子可以导致产生具有不同功能的蛋白质。因此，不同类型组织中的不同类型细胞会从同一基因产生不同的RNA转录本。正如作者所解释的那样，“选择性剪接调节内含子和外显子的差异加工，以从单个初级转录本生成多个mRNA亚型，从而有助于转录组学和蛋白质组学的多样性。据估计，超过95%的人类多外显子基因经历了可变剪接，其中很大一部分以组织类型和细胞类型富集的方式进行调节。”
了解这一过程的工作原理提供了有关人类发展、健康和疾病的新线索，并为新的诊断和治疗目标铺平了道路。“大量研究提供了实验证据，表明选择性剪接调节对于许多生物过程至关重要，并揭示了几种RNA结合剪接调节蛋白在组织特异性发育和功能中的作用，”该团队继续说道。
微外显子是最近发现的一种蛋白质编码DNA序列。微外显子只有3到27个核苷酸长，比平均外显子短得多，后者通常平均约150个核苷酸。微外显子存在于从苍蝇到哺乳动物的许多不同物种中，这表明它们具有重要的功能，因为它们已经通过自然选择保存了数亿年。
在人类中，大多数微外显子只存在于神经元细胞中，微小的基因片段在其中起着关键作用。例如，最近的研究表明，它们对于光感受器(视网膜中一种特殊类型的神经元)的发育至关重要。研究还表明，微外显子活动的改变在自闭症大脑中很常见，这表明这些基因片段在该病症的临床特征中起着重要作用。
然而，正如该团队在其新发表的论文中进一步指出的那样，虽然已知选择性剪接在多种细胞和组织类型的发育和功能中起着至关重要的作用，“它对内分泌胰腺的影响及其在血糖控制的背景在很大程度上仍然未知。”
探索微外显子功能作用的CRG研究员Irimia解释说：“微外显子是DNA的一个短片段，它编码一些氨基酸，这些氨基酸是蛋白质的组成部分。虽然我们不知道所涉及的确切作用机制，但在剪接过程中仅包括或排除少量这些氨基酸会以高度精确的方式塑造蛋白质表面。因此，微外显子剪接可以被视为在神经系统中对蛋白质进行显微手术的一种方式，改变它们与神经元高度专业化突触中其他分子的相互作用方式。”
CRG的Irimia和ICREA研究教授JuanValcárcel博士领导的研究发现，微外显子也存在于胰岛细胞中，胰岛细胞是另一种在复杂组织和器官中执行高度专业化功能的细胞。他们的工作表明，微外显子剪接在含有制造胰岛素的β细胞的胰岛中普遍存在。
该图像显示了小鼠的胰岛，这是一种承载β细胞的特殊组织。左图显示了一个健康的胰岛，其典型的形态是周围的α细胞和胰岛核心的β细胞。在右侧，Srrm3突变的小鼠敲除细胞调节微外显子包涵体的能力，导致胰岛的形态和细胞特性发生改变。这种和其他功能改变最终会影响胰岛素的释放和控制血糖水平的能力。[JonasJuanMateu/基因组调控中心]
研究人员在研究选择性剪接在胰岛生物学和维持血糖水平中的作用时发现了这一发现。他们正在研究来自不同人类和啮齿动物组织的RNA序列数据，特别是寻找与其他组织相比在胰岛中差异剪接的外显子。
他们的数据显示，胰岛中特异性富集的外显子中有一半是微外显子，几乎所有外显子也存在于神经元细胞中。“我们发现胰岛中也存在神经微外显子的一个子集，形成了一个进化上保守的程序，特别影响涉及胰岛素分泌功能和T2D风险的基因，”他们写道。这些发现与胰岛细胞从神经元细胞中选择调节机制的观点一致。
该团队的研究表明，在鉴定出的100多个胰岛微外显子中，大多数位于对胰岛素分泌至关重要或与2型糖尿病风险相关的基因上。“研究还表明，RNA转录物中的微外显子包含受SRRM3控制，SRRM3是一种与RNA分子结合并由SRRM3基因编码的蛋白质。实验表明，高血糖水平会诱导SRRM3的表达和微外显子的包含，暗示微外显子剪接的调节可能在维持血糖水平方面发挥作用。
为进一步了解胰岛微外显子的影响，研究人员使用实验室培养的人类β细胞进行了功能实验，并对缺乏SRRM3基因的小鼠进行了体内和离体实验。他们发现耗尽SRRM3或抑制单个微外显子会导致β细胞的胰岛素分泌受损。在小鼠中，微外显子剪接的改变改变了胰岛的形状，最终影响了胰岛素的释放。“一直以来，β细胞系中微外显子的错误调节，无论是通过SRRM3耗尽还是单独使用反义寡核苷酸(ASO)，都会导致胰岛素释放失调。与此一致，Srrm3基因敲除小鼠表现出胰岛细胞特性的改变、胰岛素分泌增加和持续性低血糖，”研究人员写道。
研究人员与同样在CRG的JorgeFerrer博士的研究小组合作，研究来自糖尿病和非糖尿病个体的遗传和RNA转录数据，并探索微外显子与人类代谢紊乱之间的可能联系。他们发现影响微外显子包含的遗传变异与空腹血糖水平和T2D风险的变化有关。他们还发现，2型糖尿病患者的胰岛微外显子水平较低。“重要的是，影响SRRM3表达和IsletMIC包含在胰岛中的人类遗传变异与空腹血糖变异和2型糖尿病风险相关，”该团队指出。“……我们还观察到IsletMIC在患有T2D的个体的胰岛中被广泛下调，
该研究的结果为探索通过调节剪接治疗糖尿病的新治疗策略铺平了道路。“在这里，我们表明胰岛微外显子在胰岛功能和葡萄糖稳态中发挥重要作用，可能导致2型糖尿病易感性，”CRC博士后研究员JonasJuanMateu博士解释说，他是该研究的第一作者。“出于这个原因，微外显子可能是治疗2型糖尿病中功能失调的β细胞的理想治疗靶点。有多种剪接调节剂可用于治疗多种人类疾病，”Mateau指出。“八年前，当我第一次开始研究胰岛的剪接时，我想知道现有的剪接调节剂是否可以重新用于糖尿病。我认为我们离那个目标又近了一步。”
虽然这项工作表明微外显子是胰岛生物学的重要参与者，但仍需要进一步研究以确定它们在组织发育过程中的确切影响。研究人员还缺乏对每个单独的微外显子如何改变蛋白质功能和影响胰岛细胞关键通路的机制洞察力。了解这一点将阐明它们在糖尿病和其他与胰岛相关的代谢疾病中的确切生理作用。
该研究增加了越来越多的证据表明微外显子在人类发育、健康和疾病中发挥着至关重要的作用。“在我们首次报道它们的存在后不到10年，我们看到微外显子是如何改变蛋白质在细胞中相互作用的关键元素，这些细胞具有需要高度专业化的功能，例如神经递质或胰岛素释放和光转导”伊瑞米娅解释道。“因此，我们预计微外显子的突变会导致我们尚未了解其遗传原因的疾病。我们开始在患有神经发育和代谢紊乱以及视网膜病的患者中寻找这些突变，然后设计可能的干预措施来治疗它们。”
正如作者进一步总结的那样，“目前有多种策略可以治疗性地操纵RNA剪接。因此，未来对IsletMIC和其他富含胰岛的外显子的分子功能及其在胰岛功能障碍中的作用的研究可能不仅为胰岛生物学而且为基于剪接调制的T2D新疗法的开发提供有价值的知识。”