果蝇（Drosophila melanogaster）的oskar mRNA是果蝇胚胎发育过程中至关重要的母源RNA，它通过特定的RNP（核糖核蛋白）颗粒运输到卵母细胞的后部【1】。oskar mRNA在果蝇卵母细胞后部的局部翻译能够决定胚胎腹部区域的发育，从而形成腹部特征，如腹节的数量、形状和细胞类型分布【2】。然而，目前对于RNA-RNA相互作用在oskar颗粒组装中的作用仍然缺乏深入的了解。尽管oskar mRNA的局部翻译在果蝇胚胎发育中的关键作用已被广泛研究，但关于RNA本身结构在RNP颗粒形成中的机制仍不清楚。RNA-RNA相互作用不仅可能影响颗粒的物理特性，还可能调控蛋白质招募、影响颗粒稳定性和功能。2024年10月1日，来自欧洲分子生物实验室的Julia Mahamid和Anne Ephrussi团队在Nature Cell Biology上在线发表了题为An architectural role of specific RNA–RNA interactions in oskar granules的文章探讨了Drosophila中oskar mRNA分子通过特定RNA-RNA相互作用（kissing-loop interaction）在RNP颗粒形成中的结构作用及其对胚胎发育的影响。
研究人员采用电泳实验（EMSA）来检测野生型和突变体RNA（kissing-loop的两个核苷酸替换为UU，破坏其序列特异性相互作用）的二聚化情况。实验表明，突变体RNA的二聚体形成显著减弱，表明该突变破坏了RNA二聚化的能力。而在果蝇卵母细胞中的smFISH（单分子荧光原位杂交）技术显示，突变体oskar mRNA分子错位定位，并且无法形成正常的颗粒结构，这表明RNA-RNA相互作用在颗粒形成中至关重要。
P-body（Processing body）是一种无膜细胞结构，由特定的RNA和蛋白质组成，通常在细胞应激状态下（如营养缺乏）形成。它们主要参与mRNA的降解、储存及翻译抑制，因此在调控基因表达方面起着重要作用【3】。研究P-body的形成机制可以帮助理解细胞如何在应激环境中维持RNA稳态以及调节mRNA的命运。在营养缺乏的条件下，野生型RNA能够形成特定的P-body，而突变体RNA无法形成这些颗粒，进一步证明RNA-RNA相互作用对颗粒组装和胚胎发育的关键作用。
图2：营养缺乏6小时后，野生型与突变体卵室中oskar mRNA（品红色）与P-body标记蛋白Me31B（绿色）共定位的情况（Credit: Nature Cell Biology）
综上所述，该研究深入揭示了oskar mRNA中的特定RNA-RNA相互作用在果蝇胚胎发育中的功能性和结构性角色。RNA的kissing-loop相互作用通过影响RNA聚合及蛋白质结合，直接调控了RNP颗粒的组装、RNA的定位及蛋白质的翻译调控。研究为理解RNA在无膜细胞结构形成及胚胎发育过程中的结构性作用提供了新的视角，并揭示了RNA自身在细胞功能中的多维度调控机制。
1. Bose, M., Lampe, M., Mahamid, J. & Ephrussi, A. Liquid-to-solid phase transition of oskarribonucleoprotein granules is essential for their function in Drosophilaembryonic development. Cell 185, 1308–1324 e23 (2022).2. Ephrussi, A., Dickinson, L. K. & Lehmann, R. Oskar organizes the germ plasm and directs localization of the posterior determinant nanos. Cell 66, 37–50 (1991).3. Burn, K. M. et al. Somatic insulin signaling regulates a germline starvation response in Drosophilaegg chambers. Dev. Biol. 398, 206–217 (2015).https://www.nature.com/articles/s41556-024-01519-3