何川教授最新Science揭秘m6A修饰新功能 -- 调控染色质状态和转录活性

来源: 上海云序生物科技有限公司   2020-1-20   访问量:1027评论(0)

文章导读
m6A是真核生物中最常见的一类化学修饰,能够在多种生物过程中发挥重要作用,包括癌症发生发展、细胞分化、压力应答、免疫反应以及神经发育等方面。目前大部分研究主要探究m6A对蛋白编码基因的调控——即影响mRNA稳定性或翻译效率。

2020年1月17日,美国芝加哥大学何川,中科院北京基因组研究所韩大力和同济大学高亚威教授合作在顶级国际期刊Science上首次揭示了关于RNA的m6A甲基化修饰调控染色质状态和转录活性的重要机制,不仅刷新了我们对m6A功能的认识,而且为研究m6A作用方式提供了新的思路与研究视角,具有重要科研意义。
发表期刊:Science
影响因子:41.037
实验方法:m6A MeRIP-seqRNA-seqm6A整体修饰水平ChIP-seq(云序生物可提供以上服务)
实验样本:小鼠胚胎干细胞
文献链接:http://sci-hub.shop/10.1126/science.aay6018
文章内容
(1)mESCs中m6A降低能增加新生转录本和染色质开放性
为了探究染色体相关的RNA m6A修饰或甲基转移酶对转录水平的影响。作者利用新生RNA标记实验发现,Mettl3敲除(KO) mESC细胞系(Mettl3 KO mESCs)的新生合成的RNA显著增加(A);利用DNase I-TUNEL实验显示,Mettl3 KO mESCs中的染色质开放性较WT组显著增加(C);H3K4me3和H3K27ac是两个与活跃转录相关的组蛋白标记,当Mettl3缺失后,这两个组蛋白标记均升高(H);同样发现,Ythdc1 KO mESCs与Mettl3 KO mESCs结果相似。这些数据表明RNA m6A具有合成新生转录本调控作用。


图注:m6A降低能增加新生转录本和染色质开放性
(2)染色体相关RNA(carRNA)的转录效率受m6A调控
为了探究m6A修饰对染色体相关RNA(carRNA)的调控作用,包括启动子相关RNA (paRNA),增强子RNA(eRNA)和转座因子转录的RNA(repeats RNA),作者利用LC-MS/MS技术发现Mettl3 KO中的carRNA m6A整体甲基化水平明显下降(A);利用m6A MeRIP-seq技术发现,Mettl3 KO mESCs中carRNA m6A甲基化程度明显下降(B);通过与新生转录本RNA-seq数据联合分析,发现m6A-marked carRNA的丰度较non-m6A carRNA显著升高,且carRNA m6A甲基化程度与carRNA转录效率呈负相关(C、E)。这些结果表明m6A甲基化能够影响carRNA的转录效率。


图注:carRNA的表达水平受m6A调控
(3) m6A修饰能够延长carRNA的半衰期
YTHDC1是一个已知的m6A reader酶。作者前期工作发现YTHDC1与核外泌体靶向(NEXT)复合物的组分相关,是介导核内非编码RNA降解的主要原因,下调YTHDC1能够增加RNA的表达水平。为了探究mESCs中YTHDC1是否能够降解carRNA,作者利用核RNA半衰期RNA-seq数据分析发现,Ythdc1 CKO mESCs中,三组carRNA的半衰期都显著延长(D);与m6A MeRIP-seq数据联合分析发现,三组中m6A-marked carRNA的半衰期较non-m6A carRNA延长(E)。这说明YTHDC1下调能够延长carRNA的半衰期。


图注:m6A修饰延长carRNA的半衰期
(4)m6A修饰的carRNAs影响基因的表达和转录效率
前面结果显示,Mettl3可提高转录和染色质的开放性,为了探究转录和染色质的开放性变化是否被carRNA m6A甲基化调控。作者利用时序RNA-seq与m6A MeRIP-seq数据联合分析发现,在Mettl3 KO mESCs中上调基因carRNA的m6A甲基化程度明显低于下调基因(A、B);mNET-seq数据与m6A MeRIP-seq联合分析发现,m6A-marked carRNA的下游基因转录效率较non-m6A carRNAs更高(E、F)。这说明carRNA m6A甲基化程度的降低能够激活基因的转录。


图注:m6A修饰的carRNAs影响基因的表达和转录率
(5)m6A修饰的carRNAs提高染色质开放性
为了探究carRNA m6A甲基化程度改变能够影响染色质状态,作者利用ChIP-seq和m6A MeRIP-seq技术发现,在Mettl3 KO mESCs中,m6A-marked carRNA基因中H3K4me3和H3K27ac增加比non-m6A carRNA基因更多(A)。这说明carRNA m6A甲基化程度的降低可以增加活性组蛋白标记的深度。作者还推测carRNAs可以招募CBP/EP300和YY1等蛋白来促进开放染色质和激活转录,并利用ChIP-seq技术揭示Mettl3 KO mESCs中EP300和YY1的结合能力较WT组增强(B、C),且EP300和YY1的结合与附近carRNAs的m6A甲基化程度呈负相关(D、E)。这表明这些m6A调控的carRNAs可以通过激活相关蛋白稳定开放的染色质状态。

图注:m6A丰度的carRNAs提高染色质开放性

文章总结
总体来说,该研究发现在小鼠胚胎干细胞中,METTL3能够修饰carRNAs(包括启动子相关RNAs,增强子RNAs和序列重复RNAs),YTHDC1通过NEXT复合体降解这些RNAs。当敲除METTL3或YTHDC1能够提高carRNAs的水平,稳定染色质开放状态并促进下游基因的转录。这为研究和理解生物体复杂的表观调控网络,提供了新的思路和方向,具有很强的理论先导性和示范性,也为疾病的调控和靶点提供了重要的理论依据。

图注:m6A降低能提高染色质的开放性并激活转录

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