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TUhjnbcbe - 2021/5/7 8:40:00

表观遗传学是基因序列未发生变化,但基因表达发生可遗传的变化,包括DNA和RNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA修饰和染色质重排,由于其在生物学中发挥重要作用受到越来越多的重视。过去十年里,RNA甲基化已经成为生物科学中的热门话题。目前科学家已经在RNA中鉴定了超过种不同类型的碱基修饰,包括mRNA,tRNA,rRNA,snoRNA和snRNA。在真核生物中,5’端的Cap以及3’的ployA修饰在转录调控中起到了十分重要的作用,而mRNA的内部修饰则用于维持mRNA的稳定性。常见的RNA甲基化位点包括m7G、m5C、m6A、m6Am、m1A、hm5C。N6-甲基腺苷(m6A)是mRNA上最丰富的修饰,平均每个转录本有1-3个m6A修饰。

国家自然科学基金支持情况反映了国家对学术研究的导向性,也反映出当前学术研究的热点方向,我们对m6ARNA相关的国家自然科学基金数量和文章发表进行检索统计,其增长简直是激动人心!

m6ARNA甲基化的基金和文章统计

RNA上不同表观修饰的结构

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m6A甲基化,是指RNA分子腺苷酸上的第六位氮原子发生了甲基化修饰。m6A甲基化修饰由甲基转移酶(Writers)、去甲基化酶(Erasers)及阅读蛋白(Readers)三种调节因子共同动态可逆调节。

01Writers

Writers,是促进RNA发生m6A甲基化修饰的甲基转移酶,包括主要的METTL3、METTL4、WTAP。

METTL3是m6A甲基转移酶复合物的主要催化成分,它是最早年被鉴定出来的m6A甲基转移酶,其遗传缺失可导致m6A的完全缺失。METTL14与METTL3具有43%的同源性,两者均能识别哺乳动物核RNA上的GGACU序列并形成稳定的异二聚体核心复合物,从而更有效地催化m6A甲基化。WTAP是m6A甲基转移酶复合物的另一组分,可增加METTL3对RNA结合的亲和力,调节m6A甲基转移酶复合物向mRNA靶点募集;且WTAP具有独立的甲基化位点,可使有些m6A位点特异甲基化。

Writers之间的相互作用。实线:确定的相互作用;虚线:尚未被描述的相互作用

02ErasersErasers,是使RNA上的N6-甲基腺苷脱甲基化的酶,包括ALKBH5、FTO。FTO是年被发现的第一个m6A脱甲基化酶,对单链DNA和RNA上的m6A都具有去甲基化功能。ALKBH5是被发现的另一种哺乳动物去甲基酶,在体外内均可对RNA的m6A修饰去甲基化进行催化,可显著影响mRNA的核输出,mRNA加工因子在核斑点中的组装以及RNA代谢。

mRNA和其他类型核RNA可逆的m6A甲基化(METTL3/14异二聚体以化学方法将甲基加到腺苷(A)残基的氮6位上,形成了N6-甲基腺苷(m6A)。然后,m6A可以通过FTO介导的氧化脱甲基作用,逐步转化为N6-羟甲基腺苷(hm6A),随后转化为N6-甲酰腺苷(f6A),最后最终被还原为原始腺苷酸(A))

03ReadersReaders,识别RNA中发生了m6A修饰碱基的RNA结合蛋白,它是发生m6A甲基化修饰的mRNA想要行使特定的生物学功能所必须。含有YTH结构域的蛋白是第一个发现的m6A结合蛋白,主要包括YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1和YTHDC2。下图列举了各Reader蛋白的细胞定位及功能等信息。

总结起来,作为m6A的阅读蛋白也即效应蛋白有如下功能:

mRNA富集有m6A的修饰的话一般会有更短的半衰期,这证明了m6A对于mRNA稳定性的调控具有重要作用。m6A特异的RNA结合蛋白参与转录后基因表达的调控;YTHDF2调控了甲基化依赖的RNA降解;其他的解读蛋白可能存在并影响RNA的剪接、储存、运输和翻译。

既然writer,eraser和某些reader蛋白已经有明确的定义,对这些机制的干扰可以导致更具体的表型结果和实验观察,将有助于阐明m6A的生物学作用和潜在机制。

首先,如果对整个有机体或组织水平的影响进行研究,可以揭示m6A的组织特异性,以及它与某些疾病和生物学过程(如,发育、不孕、癌变、干性、减数分裂和昼夜节律)的相关性。

其次,可以对通路水平进行研究,如p53通路、Notch信号通路、mTORC1、营养感应(通过mTORC1)和凋亡。

第三,可以对机制进行研究,如剪接体和核转运机制等。最后是所有其他水平所依赖的基本分子水平上进行功能研究,如热力学和蛋白质-m6a相互作用等。

在细胞核中,m6A可能通过与RNA输出、保留和剪接机制相关的reader蛋白作用,影响RNA的核输出、核保留和剪接。RNA输出到细胞质后,YTHDF2可以与含有m6A的RNA结合,并将其引导到P-bodies中(mRNA转录后调控过程的一个重要场所,其功能特征为参与mRNA降解、翻译抑制、mRNA监视以及RNA介导基因沉默等重要生命活动过程),加速mRNA的降解。P-body可以动态形成应力颗粒,其中RNA可以被存储并释放回翻译池。除YTHDF2外,其他m6A读码器蛋白也可能与含有m6A的RNA结合,控制其运输和储存,从而影响翻译。

目前用于m6A检测的技术已经历诸多发展,可以选择多种技术进行检测,但常用的主要包括两个方面:

一种是从整体检测m6A水平,但无法大规模以及从整个转录组水平检测,也不能确切的定位甲基化位点,如比色法和LC-MS/MS;

另一种是通过高通量测序的方法进行m6A的大规模检测,如meRIP-seq和miCLIP-seq。

目前小恩是利用高效快捷可定量的meRIP-seq方法来检测RNA上的m6A修饰。后面利用meRIP-qPCR对差异m6A进行验证,通过RIP、RNAPullDown、甲基化位点突变、酶抑制等实验验证RNA和蛋白的结合,进而进行功能、机制的研究。

m6ARNA甲基化可以在肿瘤、心血管、发育、神经、免疫等方向进行临床标志物、疾病发生发展及耐药等机制以及药物靶点开发的研究。我们分析m6A相关课题,发现除了进行m6A基础机制研究外,大部分项目会与外泌体、非编码RNA、肿瘤的干性和侵袭转移及自噬等热点相结合。

我们进一步分析m6A相关文章,发现不同水平文章有一些特征:

至于每个档次的文章具体是怎么做?如何跟外泌体等其他热点有机结合由于篇幅有限请见下回分解。最后小恩来展示一下我们的m6AmRNA甲基化结果:

小恩的分析结果:

这是我们对Fto调节多巴胺能中脑回路活动的分析结果,实验组和对照组每个均鉴定到超2万个peak峰,分布在mRNA的5’UTR、CDS和3’UTR区,其中3’UTR区占主要分布。

我们对motif分析发现m6A修饰的序列是保守的GGAC序列

对实验组和对照组进行差异甲基化分析,共找到个差异peak,进而对差异peak的基因功能进行注释发现,跟脑发育、投射神经元发育、学习、神经突触传导等功能相关,回归了实验组vs.对照组的研究主题。分析筛选的差异m6A后面小恩会进行MeRIP-qPCR验证。

在做肿瘤发生发展耐药、神经、心血管、发育、免疫等方向,想进行RNAm6A甲基化修饰的标志物筛选、验证和功能机制研究的老师快来找小恩吧。

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