中国海洋大学学报自然科学版  2026, Vol. 56 Issue (1): 125-133  DOI: 10.16441/j.cnki.hdxb.20250159

引用本文  

李红岩, 张依. RNA特异性腺苷脱氨酶在无脊椎动物中的功能研究进展[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2026, 56(1): 125-133.
Li Hongyan, Zhang Yi. Functional Studies Progress of Adenosine Deaminases Acting on RNA in Invertebrates[J]. Periodical of Ocean University of China, 2026, 56(1): 125-133.

基金项目

山东省自然科学基金项目(ZR2024MC010)资助
Supported by the Shandong Provincial Natural Science Foundation(ZR2024MC010)

作者简介

李红岩(1975—), 女, 博士,教授。E-mail: hongyanli@ouc.edu.cn

文章历史

收稿日期:2025-04-08
修订日期:2025-05-19
RNA特异性腺苷脱氨酶在无脊椎动物中的功能研究进展
李红岩 , 张依     
中国海洋大学海洋生命学院,海洋生物多样性与进化研究所,山东 青岛 266003
摘要:RNA特异性腺苷脱氨酶(Adenosine deaminases acting on RNA,ADAR)蛋白家族广泛分布于脊椎动物与无脊椎动物中。目前,脊椎动物ADAR的功能研究已较为系统和深入,诸多研究指出了其在免疫调控、病毒防御、癌症治疗以及神经发育等多个领域发挥的关键作用。本文归纳了无脊椎动物ADAR研究中的关键问题,重点聚焦于其结构特征、表达模式、RNA编辑情况,以及在免疫和神经发育方面的功能。分析表明,无脊椎动物ADAR与脊椎动物ADAR具有相似的功能,这充分体现了ADAR在无脊椎与脊椎动物之间功能的高度保守性。在此基础上,本文对无脊椎动物ADAR的系统演化规律及其在跨物种适应性中的分子机制研究前景进行了展望,以期为深入解析ADAR家族的进化保守性与功能多样性提供理论参考。
关键词RNA特异性腺苷脱氨酶蛋白    无脊椎动物    RNA编辑    先天免疫    神经系统    

RNA特异性腺苷脱氨酶(Adenosine deaminase acting on RNA,ADAR)最早发现于非洲爪蟾(Xenopus laevis)的卵母细胞[1],它能够催化双链RNA(dsRNA)腺苷脱氨基,将腺苷转化为肌苷(Adenosine-to-inosine, A-to-Ⅰ),从而改变RNA的结构和功能[2]。脊椎动物的ADAR家族成员包括ADAR1、ADAR2和ADAR3[3],三者较为保守。ADAR1由Z-DNA结合结构域(Z-DNA binding domain,ZBD; 包括Zα和Zβ结构域)、dsRNA结合结构域(dsRNA binding domain,dsRBD)和tRNA特异性dsRNA腺苷脱氨酶结构域(tRNA-specific and dsRNA adenosine deaminase domain,ADEAMc)组成; ADAR2缺乏ZBD,仅有dsRBD和ADEAMc两个结构域; ADAR3同样缺乏ZBD,具有可以结合单链RNA的R结构域、dsRBD和ADEAMc,并且其ADEAMc无催化活性[4]。ADAR1依靠ZBD和dsRBD分别识别Z-RNA(特殊的左手双螺旋构型)和dsRNA后,利用ADEAMc实现对dsRNA的A-to-Ⅰ编辑,从而在转录后水平上对目的基因进行修饰[5]。ADAR2缺乏ZBD,但可通过N端的dsRBD识别dsRNA,利用ADEAMc对dsRNA进行编辑,从而改变RNA的碱基配对,进而影响下游转录、剪接和翻译过程[6]。ADAR3也缺乏ZBD,且其ADEAMc无编辑活性,可能通过dsRBD竞争性结合特定dsRNA底物,从而抑制ADAR1和ADAR2对某些神经特异性编辑位点的编辑[7],如GluR-B(又名GRIA2)mRNA的Q/R位点[8-9]

以往关于ADAR的研究主要集中于脊椎动物中。脊椎动物ADAR家族的功能研究显示,ADAR在调控神经元活性、病毒防御、维持免疫稳态和肿瘤治疗等方面发挥关键作用[10-13]。相比之下,无脊椎动物ADAR的功能研究相对较少,不过近期无脊椎动物ADAR的研究取得了一定成果,如发现线虫(Caenorhabditis elegans)[14]、牡蛎(Crassostrea gigas)[15]、鱿鱼(Loligo Chinensis)[16]和果蝇(Drosophila melanogaster)[17]中的ADAR蛋白在免疫调控和神经发育方面展现出与脊椎动物ADAR相似的功能。本文在简要介绍脊椎动物ADAR家族的分类和功能后,重点对代表性无脊椎动物如涡虫(Schmidtea mediterranea)、线虫、牡蛎、鱿鱼、果蝇和头索动物文昌鱼(Branchiostoma lanceolatum)的ADAR研究进展进行综述。

1 脊椎动物ADAR蛋白家族的分类及功能 1.1 ADAR的表达模式

ADAR蛋白家族成员广泛存在于哺乳动物[18]、爪蟾[19]和斑马鱼(Danio rerio)[18]等物种中(见表 1)。ADAR1在脊椎动物的多种细胞和组织中广泛表达[4]。在哺乳动物中,ADAR1存在组成型表达的ADAR1p110和干扰素诱导表达的ADAR1p150两种亚型[20-22]。ADAR2在脑、肺和动脉等组织中高表达,并负责神经组织中高频率的RNA编辑事件[23]。ADAR3的表达仅限于大脑[9],其存在可能会抑制大脑中其他ADAR的活性[24]

表 1 脊椎动物ADAR的成员、组织分布及功能 Table 1 Member, tissue distribution, and function of ADAR in vertebrates
1.2 ADAR家族成员的功能 1.2.1 ADAR调节免疫稳态的功能

由ADAR1和ADAR2催化的RNA编辑事件是调节先天免疫稳态所必需的,因为未经编辑的细胞内源性dsRNA会被细胞质内的dsRNA传感器——黑色素瘤分化相关蛋白5(Melanoma differentiation-associated protein, MDA5)识别为“非自身”核酸,从而激活下游的IFN信号通路,引起错误的自身免疫反应[30]。ADAR1和ADAR2功能丧失会导致多种自身免疫和炎症性疾病的发生,这些疾病的特征包括Ⅰ型干扰素(Interferon, IFN)产生异常、干扰素刺激基因(IFN-stimulated gene,ISG)及白介素6(Interleukin-6,IL6)表达上调以及全身性的慢性炎症[21]。而在表达ADAR3的U87-MG胶质母细胞瘤细胞中,观察到NF-κB的核定位和促炎细胞因子表达增加,这表明ADAR3具有促进NF-κB活化的功能[29]

1.2.2 ADAR参与抗病毒先天免疫

ADAR1在抗病毒防御和先天免疫调控过程中发挥重要作用。一方面,ADAR1通过编辑病毒的RNA影响其结构完整性和遗传性,从而抑制病毒的翻译和复制过程,起到抗病毒的作用[11]; 另一方面,哺乳动物ADAR1的编辑活性会被某些病毒利用,A-to-Ⅰ编辑使病毒RNA无法被免疫系统感应,从而协助病毒免疫逃避[26]。此外,ADAR2也被证实能够识别病毒核酸,并影响病毒的复制[23]

1.2.3 ADAR在癌症治疗中的作用

ADAR1在许多癌症中表现出极大的促癌作用[31],如黑色素瘤的转移与ADAR1的表达上调有关[32]。植入小鼠(Mus musculus)体内的Adar1 -KO细胞能与程序性死亡受体1(Programmed death receptor1,PD-1)协同发挥作用,增强杀伤肿瘤的T细胞和NK细胞活性。同时,Adar1缺失会导致免疫细胞募集到的细胞因子和干扰素表达水平升高[33]。ADAR1能够靶向结合原癌基因MDM2的mRNA3’-UTR[34],以防止Staufen1介导mRNA降解和随后抗凋亡基因的衰变,以独立于RNA编辑的方式促进应激条件下的癌细胞存活[35]。因此,靶向ADAR1是一种有效治疗癌症的手段。

1.2.4 ADAR在神经系统发育中的作用

ADAR通过RNA编辑调控神经系统的发育。斑马鱼ADAR1能编辑体轴发育相关基因的mRNA,从而影响胚胎背腹轴的形成以及脑的发育[25]。ADAR的A-to-Ⅰ编辑功能障碍与多种神经疾病存在关联。大脑中ADAR2介导的编辑减少会导致阿尔茨海默病[36]、运动神经元病(Amyotrophic lateral sclerosis,ALS)[37]、精神分裂症和双相情感障碍[24]等脑部疾病的发生。小鼠Adar3 -/-突变体尽管看似正常,但个体在学习和记忆方面表现出认知缺陷,然而整体的A-to-Ⅰ编辑水平基本未发生变化[38]

2 无脊椎动物ADAR的研究进展

ADAR家族成员广泛分布于后生动物中,除脊椎动物之外,目前已在多种无脊椎动物中发现ADAR家族的存在,包括扁形动物、线形动物、节肢动物、软体动物和头索动物等(见表 2)。尽管无脊椎动物和脊椎动物中ADAR成员的数量存在差异,但无脊椎动物ADAR与脊椎动物ADAR在结构和功能上存在一定程度的保守性。

表 2 无脊椎动物ADAR的成员、组织分布及功能 Table 2 Member, tissue distribution, and function of ADAR in invertebrates

目前,已有关于无脊椎动物果蝇、鱿鱼、牡蛎、线虫、涡虫和头索类文昌鱼ADAR蛋白的研究。与脊椎动物ADAR结构域组成相似,无脊椎动物ADAR同样包含ZBD、dsRBD和ADEAMc三个结构域(见图 1)。此外,无脊椎动物ADAR具有特殊的富含丝氨酸的结构域(Serine-rich domain,SRD),但不具有脊椎动物ADAR特有的R结构域(见图 1)。

( 图(A)—(G)分别展示了小鼠、文昌鱼、果蝇、鱿鱼、牡蛎、线虫、涡虫的ADAR蛋白家族各成员的结构域组成。Zα和Zβ均为ZBD的亚结构域; Deaminase:有催化活性的ADEAMc结构域; Deaminase ×:无催化活性的ADEAMc结构域; R:结合单链RNA的结构域。Figures (A) to (G) show the domain composition of members of the ADAR protein family from mouse, amphioxus, fruit fly, squid, oyster, nematode, and planarian, respectively. Zα and Zβ are both subdomains of ZBD; Deaminase: Catalytically active ADEAMc domain; Deaminase ×: Catalytically inactive ADEAMc domain; R: Domain responsible for binding single-stranded RNA. ) 图 1 不同物种ADAR家族各成员结构域组成 Fig. 1 Structure of domain composition of members of ADAR family in different species
2.1 涡虫ADAR抑制抗病毒反应的过度激活

目前在扁形动物涡虫(Schmidtea mediteranea)中鉴定出ADAR1和ADAR2,涡虫ADAR由一个dsRBD和一个有编辑活性的ADEAMc结构域组成[39]。通过RNA干扰(RNAi)技术沉默涡虫adar1adar2均会导致dsRNA诱导的先天免疫相关基因表达上调,其中包括涡虫的3个RIG-Ⅰ样受体基因同源物prlr[39]。PRLR1是哺乳动物MDA5的同源物,参与启动涡虫抗病毒反应。单独敲降adar1adar2均会导致dsRNA感染的细胞数量减少,这表明ADAR1和ADAR2具有抑制抗病毒dsRNA反应的活性[42]

对涡虫adar1敲降突变体进行RNA-Seq分析发现,与对照组相比,参与抗病毒免疫的RNAi和IFN样途径的多个关键基因的表达上调。adar1敲降使IFN样通路被过度激活,导致涡虫免疫损伤的形成并致死,而同时敲降adar1prlr1可以挽救adar1单独敲降所导致的致死性,并缓解由内源dsRNA引起的异常免疫反应,这说明ADAR1的致死性是由PRLR1介导的。近年来,ADAR已被证明可以抑制由细胞自身成分(细胞编码的RNA)引发的异常抗病毒反应,ADAR在抑制涡虫体内有害的免疫反应激活方面也发挥重要作用。涡虫中ADAR参与抑制异常抗病毒反应,这提示该功能在具有双侧对称性的多细胞生物中具有保守性[39]

2.2 线虫Adr-1和Adr-2协同参与RNA编辑

无脊椎动物缺乏适应性免疫系统,其抗病毒免疫主要依赖RNA干扰(RNAi)和干扰素样信号通路。在线虫中,ADAR通过RNA编辑调控抗病毒反应。线虫缺乏干扰素反应,通过RNAi以检测病毒dsRNA并沉默病毒转录物[43-44]。有研究[14]发现,ADAR能够抑制RNAi介导的基因沉默,尤其是限制细胞内源性dsRNAs的抗病毒沉默。

目前已在线虫中发现2种ADAR样蛋白:ADR-1(无催化活性)和ADR-2(有催化活性)[45]。ADR-1虽无催化活性,但其与dsRNA的结合可以促进ADR-2的编辑作用[40]。ADR-1和ADR-2并不与哺乳动物的ADAR1和ADAR2一一对应。线虫ADR-2在结构域组成上与ADAR相似,具有一个dsRBD和一个脱氨酶结构域。ADR-2是线虫中唯一具有活性的A-to-Ⅰ编辑酶,而ADR-1内存在2个dsRBD和1个无编辑活性的脱氨酶结构域[46]。Adr-1的A-to-Ⅰ编辑功能丧失会导致线虫RNAi增加[47],但不会引起线虫死亡[48]。尽管ADR-1不具备脱氨酶催化功能,但它能促进ADR-2在转录组中特定的腺苷上进行编辑[46]。已有研究发现,编辑缺陷型ADR-1对dsRNA的亲和力较强,而ADR-2对dsRNA的亲和力较弱。ADR-1能通过第二个dsRBD与ADR-2直接相互作用,也可通过第一个dsRBD与mRNA结合,从而促进ADR-2的编辑作用[40]。线虫缺失adar会导致行为缺陷,因此ADR-1促进ADR-2编辑的能力对于神经元正常行使功能至关重要[48-49]。此外,线虫的ADR-1和ADR-2相互配合,通过RNA编辑作用消除内源dsRNA的免疫原性,防止由自身核酸引起抗病毒反应的异常激活[40, 50]。而脊椎动物ADAR通过将双链RNA的腺苷转化为肌苷,增加转录组的多样性,使细胞内源的dsRNA免受基因沉默并防止自身免疫被激活[30]

2.3 牡蛎ADAR参与调控干扰素样蛋白的合成

脊椎动物ADAR1可以调节Ⅰ型干扰素的表达,防止其被过度激活而诱发炎症反应[21]。目前,在软体动物牡蛎中已发现IFN信号通路的几个重要组分,如IFN样蛋白(IFN-like protein,IFNLP)、IFN调节因子(IFN regulatory factor,IRF)、IFNLP受体和ISGs,并鉴定出与脊椎动物ADAR1同源的CgADAR1的存在,该蛋白同样具有调节IFN系统的功能[51]。脊椎动物ADAR1的Zα结构域可以作为细胞质内Z-DNA传感器来激活先天免疫反应,dsRBD可以识别并结合dsRNA,脱氨酶结构域通过催化A-to-Ⅰ编辑来修饰RNA。CgADAR1由N端的2个Zα结构域、1个dsRBD和C端的1个脱氨酶结构域组成。已有研究[15]发现,CgADAR1在牡蛎所有检测组织中均有表达,其中外套膜和鳃中的表达较高。牡蛎的外套膜和鳃是抵抗病原体免疫防御的第一道屏障,CgADAR1在这两处的高表达提示,其在牡蛎的免疫调节中起着至关重要的作用。

牡蛎血细胞中的CgADAR1在病毒类似物poly(A∶U)(能诱导干扰素反应)刺激后表达升高,这与脊椎动物中病毒刺激后ADAR1上调的结果一致,CgADAR1可能在免疫调控中发挥作用[15]。内源性和外源性dsRNA都是IFN的诱导剂,在脊椎动物中,ADAR1作为IFN信号通路的负调控因子能抑制IFN表达[52]。有研究[53]发现,病毒刺激后,牡蛎血细胞中CgRIG-ⅠCgIRFCgIFNLP等的表达水平显著升高,体内的IFN系统被激活。

此外,通过RNAi沉默CgADAR1后,再利用poly(A∶U)刺激发现,血细胞中CgMDA5CgRIG-Ⅰ的mRNA表达水平均显著增加。哺乳动物ADAR1通过其dsRBD与乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus,HBV)的RNA相互作用,随后利用其脱氨酶结构域对病毒核酸进行编辑,使HBV能够逃脱RIG-Ⅰ样受体(RIG-Ⅰ-like receptor,RLR)的监测,因此沉默ADAR1能增强胞质其他dsRNA传感器(如MDA5)与病毒RNA的相互作用,进而上调IFN的表达[54]。在牡蛎中,抑制CgADAR1的表达能够增强CgMDA5和CgRIG-Ⅰ对poly(A∶U)的敏感性,并诱发过度的IFN反应。牡蛎血细胞中沉默CgADAR1后,CgTBK1CgIRF8CgIFNLP的表达上调,CgTBK1的磷酸化水平升高,IFN信号通路被激活[55]。以上结果[15, 51-55]表明,dsRNA在调节牡蛎IFN系统方面具有与其在脊椎动物相似的功能,CgADAR1能够通过与CgMDA5/CgRIG-Ⅰ竞争性识别dsRNA来抑制CgIFNLP的表达,充当抗炎因子的角色[15]。综上,牡蛎中与脊椎动物ADAR1同源的CgADAR1具有类似脊椎动物ADAR1调节IFN系统的功能,能够通过抑制干扰素样蛋白的合成在病毒感染的早期阶段发挥调节作用[15]

2.4 鱿鱼ADAR介导的RNA编辑

无脊椎动物中,ADAR的研究以头足动物鱿鱼为最多。头足类的神经系统复杂,拥有无脊椎动物中最发达的大脑,其神经系统存在广泛的A-to-Ⅰ RNA编辑,能够对多数表达蛋白进行再编码[56]。与其他后生动物一样,头足类的RNA编辑是由ADAR的ADEAMc介导[57]。鱿鱼的ADAR家族包含三个成员:sqADAR1、sqADAR2和sqADAR/D-like[57]

sqADAR1是脊椎动物ADAR1的直系同源物,由1个Zα结构域、1个SRD、1个dsRBD和1个脱氨酶结构域组成[58]。值得注意的是,sqADAR1与脊椎动物直系同源物的差异较大,相比脊椎动物ADAR1,缺少1个Zβ结构域和2个dsRBD(脊椎动物中有3个dsRBD),但具有特殊的SRD[16]。该SRD富含丝氨酸和碱性氨基酸,包含67个磷酸化基序,预测为内部无序区,可能有助于RNA相分离或促进sqADAR1与RNA的结合[16]。文献[16]中还发现编码sqADAR1的mRNAs自身也存在广泛的RNA编辑事件,并且许多RNA编辑位点位于SRD内。sqADAR2是脊椎动物ADAR2的直系同源物,由于剪接方式的不同,产生sqADAR2asqADAR2b两种剪接体[59]。sqADAR2b的结构域组成与脊椎动物ADAR2的结构域类似,由2个dsRBD和1个脱氨酶结构域组成,而sqADAR2a在N末端含有1个额外的dsRBD,共包括3个dsRBD,它能够增加sqADAR2A对RNA的结合亲和力,从而增加其体外编辑活性[59]。此外,sqADAR2a中额外的dsRBD赋予了鱿鱼神经元对高浓度氯离子的抵抗力,它通过将sqADAR2a对dsRNA的亲和力提高30~100倍来实现这一能力[60]。而且鱿鱼ADAR2a的定点突变证明其亲和力和编辑活性的增加直接归因于额外dsRBD的RNA结合活性[60]。sqADAR/D-like的结构域组成与脊椎动物ADAR3类似,由2个dsRBD和1个无催化活性的脱氨酶结构域组成。

鱿鱼中ADAR的3个成员表达存在差异。在神经组织中,表达最高的是sqADAR1,其次是sqADAR2,表达最低的是sqADAR/D-like[16]。在鳃中,sqADAR2的表达最高,sqADAR1和sqADAR/D-like的表达水平相近[16]。头足类ADAR的表达模式与脊椎动物是不同的,脊椎动物ADAR2在神经系统中的表达通常高于ADAR1[61]。重组sqADARs蛋白的研究发现,sgADAR1和sgADAR2具有腺苷脱氨酶活性,能够编辑dsRNA且在鱿鱼体内能够编辑钾通道mRNA,但sqADAR/D-like对这些底物无活性[59]。过表达sqADAR/D-like可以抑制sqADAR2A和sqADAR2B的RNA编辑活性,但在生理条件下对sqADAR1的活性没有影响[16],这与脊椎动物的ADAR3类似,人HsADAR3也被证实能够抑制ADAR2活性[62]

RNA编辑在头足动物的神经系统以较高水平广泛存在,尤其是在涉及神经元兴奋性和形态发生的基因中[63]。与之对应的是,头足类的复杂的ADARs蛋白酶家族通过RNA编辑增加神经系统的调节复杂性,在调控神经系统的发育中发挥重要的作用[64-65]

2.5 果蝇ADAR编辑功能的丧失导致先天免疫的过度诱导

节肢动物果蝇中只发现一个ADAR,其由2个dsRBD和1个脱氨酶结构域组成,是哺乳动物ADAR2的同源物,最初被认为具有与哺乳动物ADAR2相似的功能。果蝇ADAR可以对mRNA前体进行A-to-Ⅰ编辑,其腺苷脱氨酶活性是神经系统正常发育所必需的,可以防止运动缺陷和年龄依赖型神经退行性病变[66]。研究[67]发现,通过将果蝇ADAR第374位上的谷氨酸点突变为丙氨酸后,ADAR的脱氨酶结构域将会失活,产生一种脱氨酶失活的果蝇ADARE374A突变体。而过表达果蝇ADARE374A可以拯救ADAR缺失突变所引起的神经退行性疾病,这提示果蝇ADAR可能具有不依赖于RNA编辑的功能[67]。另一方面,果蝇ADAR的RNA编辑活性丧失会引发先天免疫诱导。沉默果蝇Dicer- 2基因能够挽救果蝇ADAR突变体中过度的免疫反应,Dicer-2具有类似于哺乳动物MDA5的RNA解旋酶结构域[68]。哺乳动物MDA5作为dsRNA细胞传感器可以感知ADAR1突变体中未经编辑的dsRNA,从而激活下游的先天免疫反应[69]。果蝇ADAR的RNA编辑功能丧失会导致dsRNA先天免疫传感器Dicer-2诱发果蝇的先天免疫基因异常表达[70]

ADAR通过识别并编辑自身或病毒来源的dsRNA,可能在调节无脊椎动物的自身RNA免疫耐受方面发挥作用。果蝇ADAR在序列同一性和介导神经发育表型方面与哺乳动物ADAR2最相似,尽管果蝇ADAR并无脊椎动物ADAR的Z-DNA结构域,但它也具有与脊椎动物ADAR1相似的先天免疫作用[17]ADAR5G1缺失突变体导致先天免疫被异常诱导,这可能是由突变体中积累的未经编辑的胞内dsRNA所致,这与小鼠Adar1突变体通过dsRNA传感器MDA5诱发干扰素反应的情况相似[71]。简言之,除了调控神经系统的发育以外,果蝇ADAR还具有抑制先天免疫过度诱导的功能[17]

2.6 文昌鱼ADAR介导的RNA编辑事件

头索动物文昌鱼ADAR蛋白家族包含ADAR和ADARB两个成员,它们分别是脊椎动物ADAR1和ADAR2的同源物,主要在背神经管中表达[41]。目前在文昌鱼高度多态性基因组中鉴定出存在许多由ADAR介导的RNA编辑事件。RNA编辑作为一种转录后修饰,能够在翻译水平上增加蛋白质组的多样性,而不会通过添加额外的基因来影响基因组的复杂性[72]。在RNA编辑事件中,RNA转录物的特定核苷酸会发生化学变化,改变信使RNA分子的序列,并可能改变氨基酸序列[4]。RNA编辑以多种形式广泛存在于真核生物中,其中以后生动物ADAR介导的A-to-Ⅰ编辑最常见[73]。脊椎动物神经系统中存在ADAR依赖性的A-to-Ⅰ编辑事件,且已证实这些编辑事件与神经发育和免疫调控相关[74]

文昌鱼adaradarb在背神经管中表达,并与神经发育中的关键基因ElavProx1共表达[75-76]。Elav是一种泛神经标记物[75],而Prox1是一种同源框转录因子,参与神经祖细胞分化及发育过程[76]。ADAR同Elav和Prox1在神经系统中的共定位表明,ADAR可能对Prox1和Elav进行RNA编辑,ADAR可能在文昌鱼的神经发育中发挥重要作用[41]。此外,Prox1的mRNA是一种肿瘤抑制因子,人类癌症中Prox1的mRNA经过RNA编辑后会失去肿瘤抑制功能[76]。文昌鱼ADAR家族在神经系统中广泛表达,因此推测该家族可能参与神经系统发育过程中的基因调控。这与已有研究中ADAR介导的编辑在其他无脊椎动物(如章鱼)和脊椎动物(如小鼠)的神经系统发育中起关键作用的结果一致,表明RNA编辑调控可能对神经系统进化起到了重要作用[77]

通过预测文昌鱼ADAR家族的RNA编辑位点,并与其他物种如人类(Homo sapiens)、小鼠和果蝇等ADAR编辑位点进行比较发现,编辑位点的选择更倾向于一些与神经和免疫系统相关的基因[41]。虽然已鉴定出文昌鱼中存在ADAR的组织表达和由其介导的RNA编辑事件,但关于ADAR调控神经发育和免疫方面的具体机制还有待探讨。

3 总结与展望

脊椎动物ADAR家族一般包含ADAR1、ADAR2和ADAR3三个成员,其中ADAR1和ADAR2具有催化活性,ADAR3不具有催化活性。ADAR1在多种细胞和组织中表达,ADAR2主要在神经组织中表达,ADAR3则仅在大脑中表达。脊椎动物ADAR在体内承担防止自身炎症发生、参与抗病毒反应、促癌作用以及调控神经系统发育的功能。

本综述着重分析了无脊椎动物ADAR家族成员及其功能。相比脊椎动物,大部分无脊椎动物的ADAR家族成员数较少,但其功能与脊椎动物ADAR相比具有一定的进化保守性(见图 2)。涡虫ADAR能抑制其体内有害的免疫反应; 线虫的ADR-1(不具有催化活性)通过与ADR-2(具有催化活性)结合来促进RNA编辑; 牡蛎ADAR1通过调节干扰素样蛋白的合成来控制免疫反应; 果蝇的ADAR参与神经系统发育和免疫反应; 鱿鱼的ADAR介导神经系统发育; 文昌鱼ADAR介导多起RNA编辑事件,并与神经发育相关的基因共定位。此外,部分无脊椎动物如牡蛎ADAR1蛋白含有Zα结构域,具备识别Z-DNA/Z-RNA的能力,这表明其可能具有独立于RNA编辑以外的免疫调控功能。这些发现表明,无脊椎动物ADAR具有RNA编辑的能力,且在免疫和神经系统发育中的作用具有进化保守性。

图 2 不同物种ADAR家族的成员及功能 Fig. 2 Members and functions of ADAR family in different species

与脊椎动物相比,无脊椎动物ADAR的功能研究明显不足。目前对于无脊椎动物ADAR的RNA编辑靶点及调控机制的了解还十分有限,未来可深入解析不同类群无脊椎动物中ADAR介导的RNA编辑位点及其免疫靶点。ADAR是否通过RNA编辑在免疫和神经功能之间建立联系仍有待进一步研究。除此之外,无脊椎动物ADAR与脊椎动物的功能比较对于理解ADAR的功能演化也具有重要意义。

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Functional Studies Progress of Adenosine Deaminases Acting on RNA in Invertebrates
Li Hongyan , Zhang Yi     
Institute of Evolution and Marine Biodiversity, College of Marine Life Sciences, Ocean University of China, Qingdao 266003, China
Abstract: Adenosine deaminases acting on RNA (ADARs) protein family is widely distributed among both vertebrates and invertebrates. At present, the functions of ADAR in vertebrates have been systematically and extensively studied. Numerous studies have highlighted its critical roles in immune regulation, antiviral defense, cancer therapy, and neurodevelopment. This paper summarizes key issues in the study of ADAR in invertebrates, with a focus on its structural features, expression patterns, RNA editing activity, and functions in immunity and neurodevelopment. The analysis indicates that invertebrate ADAR shares similar functions with vertebrate ADAR, fully demonstrating the high degree of functional conservation of ADAR between invertebrates and vertebrates. On this basis, the paper also discusses the prospects for research on the evolutionary patterns of invertebrate ADAR and its molecular mechanisms underlying cross-species adaptation, aiming to provide a theoretical reference for in-depth exploration of the evolutionary conservation and functional diversity of the ADAR family.
Key words: adenosine deaminases acting on RNA(ADAR)    invertebrates    RNA editing    innate immunity    nervous system