mirna通过调节基因表达，在植物生长发育、逆境响应等过程中发挥重要调控作用；阐明mirna的产生和功能机制，对于揭示基因表达调控规律、开发改良作物农艺性状的新资源具有重要意义。植物mirna由dicer-like 1（dcl1）、serrate（se）和hyponastic leaves 1（hyl1）组成的复合体切割其前体pri-mirna产生。dcl1、hyl1及se共定位于细胞核中并形成2-4个直径为0.2-0.8 μm的切割小体（dicing body）。戚益军研究组之前发现切割小体由se蛋白通过液-液相分离驱动组装形成。mirna前体在切割小体中高效加工为成熟的mirna，成熟的mirna随后与hyl1结合，从切割小体中释放至小体外进而发挥功能1。这些发现阐明了植物mirna产生的核心工作机制，但对于切割小体的形成及其在mirna生成中的作用是如何得到调节的，迄今知之甚少。
2023年8月29日，清华大学生命科学学院、植物生物学研究中心戚益军研究组在《美国国家科学院院刊》（pnas）在线发表题为“肽基脯氨酰异构酶cyp71促进拟南芥中serrate相分离和mirna加工”（peptidyl-prolyl isomerase cyclophilin 71 promotes serrate phase separation and mirna processing in arabidopsis）的研究论文。该研究发现环孢亲和蛋白cyclophilin71（cyp71）利用其肽基脯氨酰异构酶（peptidyl-prolyl isomerase，ppiase）活性促进se相分离和切割小体形成，增强dcl1-se-hyl1复合体切割活性，从而促进mirna加工。该发现揭示了植物切割小体形成及mirna产生的重要调节机制。
在该研究中，戚益军研究组首先通过正向遗传筛选发现，cyp71调控mirna的产生和植物发育（图1）。cyp71的突变导致很多mirna的积累水平显著降低，而其靶基因表达升高。在cyp71突变体中，mir基因的转录水平基本没有变化，但mirna前体水平升高，提示cyp71可能正向调节mirna加工。
图1：cyp71突变导致拟南芥发育缺陷和mirna积累水平降低
研究发现，cyp71可以与se发生直接相互作用，研究组因此检测了cyp71是否调控se相分离及切割小体形成。结果表明，在体外，cyp71促进se相分离及切割小体的组装，在植物体内，cyp71的突变会导致大多数植物细胞不能形成切割小体（图2）。cyp71具有ppiase活性结构域。通过对两个保守的氨基酸残基（r519或f524）进行定点突变，构建了ppiase活性减弱的cyp71变体。发现cyp71变体不能促进se相分离及切割小体的组装，说明cyp71利用其ppiase活性促进se相分离及切割小体形成。
图2：cyp71促进se相分离和切割小体的形成
se能够通过驱动切割小体的形成提高dcl1-se-hyl1复合体的切割效率。研究组因此进一步检测了cyp71对mirna加工的影响。结果表明，cyp71可显著提高体外重组的切割小体的活性，而其ppiase活性减弱变体r519a和f524a则无促进作用。同时，遗传学证据表明，cyp71的ppiase活性为植物体内mirna的高效生成所必需。
该研究首次揭示了环孢亲和蛋白对mirna加工的调控功能，并揭示肽基脯氨酰顺反异构化在se相分离中的重要调控功能。肽基脯氨酰顺反异构化是一种肽键顺式构象与反式构象之间的转变，可通过诱导蛋白质构象变化，改变蛋白质的表面特性，从而调节蛋白质分子之间的相互作用。在小鼠和人类细胞中，能够相分离的蛋白质在肽基脯氨酰异构酶 a（环孢亲和蛋白a）底物中富集2，表明肽基脯氨酰顺反异构化可能是调节蛋白质相分离的通用机制。
戚益军教授为该论文的通讯作者，助理研究员李艳为该论文的共同通讯作者，已毕业博士生赵高展、牛锦荣和2021级博士生海卓妍为共同第一作者，2018级博士生李腾飞，已毕业博士生谢东奇亦参与了工作。该研究由国家自然科学基金委提供经费支持。
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参考文献：
1. xie, d., chen, m., niu, j., wang, l., li, y., fang, x., li, p., and qi, y. (2021). phase separation of serrate drives dicing body assembly and promotes mirna processing in arabidopsis. nat cell biol 23, 32-39.
2. maneix, l., iakova, p., moree, s., king, j., scadden, d., and catic, a. (2021). cyclophilin a regulates protein phase separation and mitigates hematopoietic stem cell aging. exp hematol 100, s41.
