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2021年1月m6A RNA甲基化高分文章集锦

 


原创 上海天昊生物 
2021年1月m6A RNA甲基化研究方向精选了12篇高分文章供读者一览：

 

01

 


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新发现的严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）传播迅速，死亡率高，已造成全球突发卫生事件。宿主与病毒基因组RNA相互作用的分子机制尚不清楚。本研究表明，SARS-CoV-2基因组RNA和负义RNA在人和猴细胞中是发生动态m6A修饰的。结合RIP-seq和miCLIP分析，在基因组中共发现了8个单碱基分辨率的m6A位点。特别是在这些m6A位点发生突变的流行毒株已经在世界范围内出现，系统发育分析表明，在美国形成了一个独特的集群。进一步的功能实验表明，m6A甲基化负调控SARS-CoV-2感染。SARS-CoV-2感染还引发宿主m6A甲基化的整体增加，表现出mRNA中m6A甲基化的定位和基序改变。总之，这一研究结果确定m6A是介导病毒-宿主相互作用的动态表观转录组标记。

 

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大约有150个转录后RNA修饰已经在所有的生命王国中被鉴定出来。在RNA分解代谢过程中，大多数修饰过的核苷酸抵抗降解并被释放到细胞外空间。在本研究中，作者探讨了这些胞外修饰的核苷的生理作用，发现m6A这一被广泛认为是RNA中的表观遗传标记，作为人腺苷A3受体的配体，比未修饰的腺苷更有亲和力。研究人员使用结构建模来定义m6A与人类A3受体特异性结合所需的氨基酸。还证明了m6A在细胞毒素刺激下动态释放，在体促进了I型过敏。这一发现表明m6A作为一种信号分子，能够激活G蛋白偶联受体（GPCRs）并触发病理生理反应，这是之前未报道的RNA修饰的特性。

 

 

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非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）的特征是肝细胞内过量甘油三酯（TGs）的积累。肥胖是发展成脂肪肝的主要危险因素，尽管细胞内的分子基础在很大程度上还不清楚。m6A RNA甲基化是真核生物mRNA中最常见的内部修饰。这项研究通过m6A测序和RNA测序发现在瘦蛋白受体缺失的db/db小鼠中，脂肪生成基因m6A富集和mRNA表达均显著增加。重要的是，结果显示Ythdc2，一个m6A解读器，在肥胖小鼠和NAFLD患者的肝脏中均显著下调。瘦小鼠肝脏中Ythdc2的抑制导致TG积累，而肥胖小鼠肝脏中Ythdc2的异常过表达增加了肝脏脂肪变性和胰岛素抵抗。机制上，发现Ythdc2可以与脂肪生成基因的mRNA结合，包括固醇调控元件结合蛋白1c、脂肪酸合成酶、硬脂酰辅酶A去饱和酶1和乙酰辅酶A羧化酶1，从而降低其mRNA的稳定性并抑制基因的表达。这一发现描述了m6A解读器Ythdc2在调节肝脏脂肪生成和TG稳态中的重要作用，这可能为治疗肥胖相关NAFLD提供了一个潜在的靶点。

 

 

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m6A修饰影响着RNA代谢的许多方面，包括mRNA的稳定性和翻译，并且在大脑中非常普遍。本研究发现m6A修饰在神经发育和衰老过程中表现出时间和空间的动态。暂时性差异甲基化的基因更容易发生mRNA表达变化，并影响许多与神经系统发育相关的通路。此外，m6A表现出明显的组织特异性甲基化，这在下丘脑中最为显著。组织特异性甲基化与mRNA表达的增加有关，并与组织特异性发育过程相关。在衰老过程中，观察到随着年龄的增长，m6A位点明显增多，无论是小鼠还是人类。另外发现老鼠和人类之间有高度的重叠。然而，与老鼠相比，年轻和年老的人类始终显示出更多的m6A位点。差异m6A位点被发现在影响衰老相关通路的基因的非翻译区域中富集。这些m6A位点对mRNA表达有强烈的负面影响。研究还发现，在阿尔茨海默病小鼠模型中，许多与阿尔茨海默病相关的转录本显示出m6A甲基化降低，这与蛋白质水平降低相关。这些研究结果表明，m6A在早期和晚期的大脑发育中都具有重要的时空功能。此外，m6A控制参与阿尔茨海默病相关通路的关键基因的蛋白水平，表明m6A在衰老和神经退行性疾病中发挥重要作用。

 

 

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转录后修饰与肺动脉高压（PH）的血管重塑有关。m6A是一种丰富的RNA修饰，参与多种生物过程。m6A RNA修饰和m6A效应蛋白是否在肺血管重塑和PH中发挥作用尚未得到证实。本研究为了确定m6A修饰和m6A效应物是否参与了PH的发病机制。在人和实验性PH样品中检测m6A修饰和YTHDF1的表达。采用RIP分析和m6A测序筛选m6A标记的转录本。采用遗传方法评估YTHDF1和MAGED1在PH中的各自作用。原代细胞分离和培养用于肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）的功能分析。结果发现人、啮齿动物PH样本及缺氧PASMCs中m6A水平升高，YTHDF1蛋白表达增加。YTHDF1的缺失在体内外均能改善PASMCs的增殖、表型转换和PH的发展。m6A RIP分析发现MAGED1在PH中是m6A调控的基因，敲除MAGED1可以改善SU5416缺氧小鼠的血管重塑和血流动力学参数。YTHDF1以m6A依赖的方式识别并促进MAGED1的翻译，而在METTL3缺失的PASMCs则不存在。此外，MAGED1沉默通过下调PCNA抑制缺氧诱导的PASMCs增殖。因此，YTHDF1通过增强MAGED1翻译促进PASMCs增殖和PH。本研究确定m6A RNA修饰是PASMCs和PH的病理改变的新调控因子。

 

 

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CircRNA是一类共价闭合单链RNA，与癌症进展有关。本研究发现circNDUFB2在非小细胞肺癌（NSCLC）组织中表达下调，并与NSCLC的恶性特征负相关。升高的circNDUFB2抑制NSCLC细胞的生长和转移。从机制上讲，circNDUFB2作为一个支架，增强TRIM25和IGF2BPs之间的相互作用，后者是肿瘤进展和转移的正向调节因子。TRIM25/circNDUFB2/IGF2BPs三元复合物促进IGF2BPs的泛素化和降解，而circNDUFB2的m6A修饰增强了这种作用。此外，circNDUFB2也被RIG-I识别，激活RIG-I-MAVS信号级联，招募免疫细胞进入肿瘤微环境。因此，这些数据为circNDUFB2在NSCLC进展过程中通过调节蛋白泛素化和降解以及细胞免疫应答参与IGF2BPs的降解和抗肿瘤免疫的激活提供了证据。

 

 

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胶质母细胞瘤（GBM）是成人恶性脑肿瘤中最常见的类型，但其分子机制尚不清楚。此外，关于YTHDF2的疾病相关表达和功能的认识仍然非常有限。这项研究发现YTHDF2的过表达与胶质瘤患者的预后不良相关。在大多数GBM中组成性激活的EGFR通过EGFR/SRC/ERK途径导致YTHDF2过表达。EGFR/SRC/ERK信号磷酸化YTHDF2丝氨酸39和苏氨酸381，从而稳定YTHDF2蛋白。YTHDF2是GBM细胞增殖、侵袭和肿瘤发生所必需的。YTHDF2促进LXRA和HIVEP2依赖m6A的mRNA衰减，影响胶质瘤患者的生存。YTHDF2主要通过下调LXRα和HIVEP2促进GBM细胞的肿瘤发生。此外，YTHDF2可抑制LXRα依赖性胆固醇在GBM细胞中的稳态。总之，这项发现拓展了EGFR下游通路的图谱，揭示了YTHDF2在GBM肿瘤发生中的功能，并强调了RNA m6A甲基化在胆固醇稳态中的重要作用。

 

 

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传统的表观转录组学依赖于通过抗体或化学处理捕获单个RNA修饰，结合短读长测序来确定其转录组位置。这种方法是劳动密集型的，并且可能会引入实验假象。使用牛津纳米孔技术（ONT）对天然RNA进行直接测序可以直接检测RNA碱基修饰，尽管这些修饰可能表现为测序错误。特异性碱基错误率（%ESB）在天然RNA中高于未修饰RNA，这使得核糖核苷酸修饰位点的检测成为可能。基于%ESB的差异，研究人员开发了一个生物信息工具，由ONT信号的故障推断出的表观转录组图谱（ELIGOS），它基于各种类型的合成修饰RNA，并应用于rRNA和mRNA中。ELIGOS能够准确预测大肠杆菌、酵母和人类细胞的rRNAs中已知种类的RNA甲基化位点（AUC > 0.93），使用未经修饰的体外转录RNA或背景误差模型，用其模拟直接RNA测序的系统误差作为参考。与之前的研究一致，研究对众所周知的DRACH/RRACH基序进行了定位和鉴定，通过比较野生型和敲除的酵母和小鼠细胞中RNA m6A甲基转移酶的影响，使用ELIGOS进行差异分析。最后，在三种人细胞系的mRNA中也发现了DRACH基序。ELIGOS识别的mRNA修饰是在单个碱基分辨率的水平上。总之，这一研究已经开发了一个生物信息软件包来揭示天然RNA修饰。

 

 

09

 


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肽酰基精氨酸脱亚胺酶II（PADI2）将带正电荷的精氨酸残基转化为带中性电荷的瓜氨酸，这种活性与多种癌症的发生和进展有关。然而，PADI2在子宫内膜癌（EC）中的作用尚未被研究。本研究表明PADI2与EC进展呈正相关。PADI2在MEK1精氨酸113/189处相互作用并催化其瓜氨酸化，促进MEK1细胞外信号调节蛋白激酶1/2（ERK1/2）的磷酸化，从而激活IGF2BP1的表达。此外，RNA免疫沉淀(RIP)和RNA稳定性分析显示，IGF2BP1与SOX2-3' UTR中的m6A位点结合，防止SOX2 mRNA降解。PADI2/MEK1/ERK信号通路对IGF2BP1的异常调节导致致癌基因SOX2表达异常积累，从而支持EC的恶性状态。最后，PADI2基因沉默、通过PADI2抑制剂抑制MEK1瓜氨酸化或MEK1 R113/189突变均能抑制EC进展。这些数据表明，PADI2催化的MEK1 R113/189瓜氨酸化是EC恶性肿瘤的关键驱动因素，并提示靶向PADI2/MEK1可能是EC患者潜在的治疗方法。

 

 

10

 


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m6A和腺苷-肌苷（A-to-I）RNA编辑是影响哺乳动物腺苷的两个最丰富的RNA修饰事件。这两种RNA修饰决定mRNA的命运，并在肿瘤的发展和进展中发挥关键作用。本研究发现在胶质母细胞瘤中METTL3上调，使ADAR1 mRNA甲基化，并提高其蛋白水平，从而形成连接METTL3、YTHDF1和ADAR1的促肿瘤机制。并且发现ADAR1通过结合CDK2 mRNA发挥独立于脱氨酶活性的癌症促进作用，强调了ADARs作为必要的RNA结合蛋白对细胞稳态和癌症进展的重要性。此外，实验表明ADAR1敲除足以在体内强烈抑制胶质母细胞瘤的生长。因此，这一发现强调了METTL3/ADAR1轴在癌症进展中是一个新的关键通路，它连接了m6A和A-to-I编辑转录后事件。

 

 

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内源性逆转录病毒（ERVs）是大量的、异质性的群体，整合了逆转录病毒序列，在其以RNA为中心的生命周期中影响着基因组调控和细胞生理。未能抑制ERVs与癌症、不孕、衰老和神经退行性疾病相关。本研究中在小鼠胚胎干细胞中使用无偏倚的基因组范围CRISPR敲除筛选，发现m6A RNA甲基化是一种限制ERVs的方法。ERV mRNA的甲基化是由甲基转移酶样METTL3-METTL14蛋白复合物催化的，结果发现METTL3-METTL14及其附属亚基WTAP和ZC3H13的缺失通过靶向5'非翻译区，导致了IAPs和相关ERVK元件mRNA丰度的增加。通过控制METTL3-METTL14酶复合物的生长素依赖性降解，结果发现IAP mRNA和蛋白质丰度与m6A催化作用呈动态负相关。通过监测METTL3-METTL14双缺失时染色质状态和mRNA稳定性，研究发现m6A甲基化主要通过减少IAP mRNA的半衰期，而这是通过招募m6A读码器蛋白的YTHDF家族发生的。总之，这一发现表明通过清除反应性ERV来源的RNA，RNA甲基化在维持细胞完整性方面提供了保护作用，这在转录沉默不严格时可能特别重要。

 

 

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METTL3介导mRNA的m6A甲基化修饰，影响mRNA的稳定性及其翻译成蛋白。METTL3也结合染色质，但是METTL3和m6A甲基化在染色质中的作用还不完全清楚。这项研究发现METTL3调控小鼠胚胎干细胞异染色质，其完整性对于沉默逆转录病毒元件和哺乳动物发育至关重要。METTL3主要定位于内源性逆转录病毒的IAP型家族。敲除Mettl3会破坏多种异染色质标记在METTL3靶向的IAP上的沉积，并上调IAP转录，提示METTL3对IAP异染色质的完整性很重要。研究提供了进一步的证据表明，由METTL3结合的IAPs衍生的RNA转录本与染色质相关，并被m6A甲基化。这些m6A标记的转录本通过m6A阅读器YTHDC1结合，YTHDC1与METTL3相互作用，反过来促进METTL3与染色质的结合。METTL3也会与组蛋白3赖氨酸9（H3K9）三甲基转移酶SETDB1及其辅助因子TRIM28相互作用，并且对其在IAPs中的定位非常重要。这项研究结果表明，在小鼠胚胎干细胞中，METTL3催化RNA m6A修饰对IAP异染色质的完整性具有重要作用，揭示了哺乳动物异染色质调控的机制。

 

 

 

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天昊生物具有多年基因组、转录组和表观组等多组学检测与分析的经验，m6A RNA甲基化作为表观领域的一大热点，天昊生物自主设计了m6A调控因子（writers/erasers/readers）差异表达分析检测panel，还可以提供m6A修饰整体水平定量检测，并结合MeRIP-seq和RNA-seq挖掘受m6A调控因子影响的下游靶点，同时可对相关的靶点进行MeRIP-qPCR验证。生信团队亦可提供个性化的m6A数据库挖掘与生信分析内容。

 

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