Science 何川/韩大力/高亚威合作发现m6A调控染色质状态和转录

m6a领域研究的全新，方向。...



撰文 | 小柚

责编 | 兮

N6甲基腺嘌呤（m6A）是真核生物mrna上常见，的修饰类型，受“书写”蛋白（METTL3/METTL14复合体），“擦除”蛋白（FTO和ALKBH5）及“阅读”蛋白（yth家族蛋白，和hnrnp等）的调控。

近年来，m6a被证明在多种生命过程中，发挥重要作用，包括动物生长发育，果蝇性别决定，癌症发生发展，免疫反应以及胚胎，发育等方方面面。这些研究对m6a作用机制的阐述主要集中在对蛋白，编码基因的命运决定上——影响mrna稳定性或翻译，效率。

在小鼠胚胎干细胞中，编码多能因子（pluripotency factor）的mRNA被m6A修饰，并在细胞质中由，m6a阅读蛋白ythdf2降解，影响干细胞分化【1】。然而，m6a似乎还有独，立于ythdf2的功能。因为敲除ythdf2的小鼠可以存活到，胚胎发育晚期，而敲除mettl3的小鼠在胚胎，发育早期死亡。有趣的是，敲除ythdc1可以模拟mettl3敲除，的表型，而ythdc1是位于细胞核，内的m6a阅读蛋白【2】。并且，研究发现mettl3结合染色质并可能，影响转录过程【3】。这些研究提示m6a可能在细胞核中，具有重要功能。

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Science发表研究“N6-methyladenosine of chromosome-associated regulatory RNA regulates chromatin state and transcription”，该研究发现染色质相关RNAs上的m6A修饰可调控染色质状态和转录，刷新了我们对，m6a功能的认识。

为研究m6a修饰在细胞核，中的功能，研究者分析了小鼠，胚胎干细胞（mESCs）中mettl3敲除对新生rna，的影响。令人惊讶的是，mettl3敲除极大地促进了，新生rna的合成和染色质的开放，并且该现象无法被，补回无酶活性的mettl3挽救，说明mettl3通过m6a修饰依赖的，方式调控转录。

该现象是否与m6a的细胞核内阅读，蛋白ythdc1相关呢？ythdc1敲除能很好的重现rna转录增加和，染色质开放性提高的现象，而m6a细胞质阅读，蛋白ythdf2则不能。这提示ythdc1介导了m6a，阅读参与了染色质状态的调控。

研究者分离了去除rrna后细胞核内，的染色质相关组分和非染色质相关组分，发现METTL3敲除后，染色质相关组分中的，rna m6A变化最显著（超过50%），表达量明显下降。特别的，基因间转录本对这一过程，的响应最明显。

研究者进一步分析了三类位于基因间，的染色质相关rnas，即启动子相关RNA，增强子rnas和转录自转座子元件，的重复rnas（repeats RNAs），并命名为染色质相关调节RNAs（chromosome-associated regulatory RNAs，carRNAs）。carrnas具有和mrna类似，的m6a修饰motif。约15-30%的carrnas携带m6a，修饰，其中60%可响应mettl3，的变化，并在ythdc1敲除后，上调。

carrnas被认为可参与，染色质状态的调节，并影响临近基因的表达。那么，mettl3是否通过影响，carrnas的m6a修饰，从而影响染色质状态呢？确实，ythdc1通过next，复合体【4】降解携带m6a，的carrnas，carrnas的降低导致临近基因表达，量的下降。在转录组分析中，carrnas临近基因也显示出对m6a变化，更强烈的响应。

进一步的研究显示，carrnas可通过招募，cbp/ep300和yy1等参与染色质，状态调整，影响激活型组蛋白修饰（h3k4me3和h3k27ac，）在染色质上的分布。



总的来说，该研究发现现在小鼠胚胎干细胞中敲除mettl3，或ythdc1可以通过m6a依赖的方式提高染色质的开放性并激活转录。mettl3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时，carrnas的增加提高染色质的开放状态并促进，下游基因的转录。该研究首次揭示了m6a修饰，与染色质状态和转录间的关系，为研究m6a功能和作用方式提供了全新，的思路和方向，具有重要意义。

有趣的是，肖锐和付向东教授发现大量rna结合蛋白可，结合在染色质上，并发挥类似转录因子，的功能，广泛参与转录调控（详见BioArt报道：Cell | 武汉大学肖锐组与付向东组，合作系统揭示新型转录因子-rna结合蛋白参与调控，转录）。m6a参与染色质状态的，研究，也同时为研究具有催化活性，的rna结合蛋白在染色质上的功能，提供了重要参考。

原文链接：

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/01/15/science.aay6018

参考文献

1. I. Ivanova et al., The RNA m6A reader YTHDF2 is essential for the post-transcriptional regulation of the maternal transcriptome and oocyte competence. Mol Cell 67, 1059-1067 (2017).

2. S. D. Kasowitz et al., Nuclear m6A reader YTHDC1 regulates alternative polyadenylation and splicing during mouse oocyte development. PLoS genetics 14, e1007412-e1007412(2018).

3. I. Barbieri et al., Promoter-bound METTL3 maintains myeloid leukaemia by m6A-dependent translation control. Nature 552, 126-131 (2017).

4. M. Lubas et al., Interaction profiling identifies the human nuclear exosome targeting complex. Mol Cell 43, 624-637 (2011).

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