研究揭示大多數(shù)常見(jiàn)哺乳動(dòng)物mRNA修飾背后的機(jī)制

4月2日，中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所（國(guó)家生物信息中心）任捷團(tuán)隊(duì)和楊運(yùn)桂團(tuán)隊(duì)，在《分子細(xì)胞》（Molecular Cell）上在線發(fā)表了題為DDX21 mediates co-transcriptional RNA m6A modification to promote transcription termination and genome stability的研究論文。該研究揭示了三鏈核酸結(jié)構(gòu)R-loop、解旋酶DDX21與m6A甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3之間的協(xié)同機(jī)制，以及促進(jìn)轉(zhuǎn)錄終止、維持基因組穩(wěn)定性的功能。

在基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，新生成的RNA可以和模板DNA互補(bǔ)，在染色質(zhì)上形成由DNA:RNA雜合鏈和單鏈DNA組成的三鏈結(jié)構(gòu)。這種核酸結(jié)構(gòu)被稱為R-loop。它的穩(wěn)態(tài)失衡是多種疾病的病理基礎(chǔ)。而N6-甲基腺嘌呤（m6A）是對(duì)mRNA生命周期進(jìn)行調(diào)控的重要修飾，參與細(xì)胞分化與個(gè)體發(fā)育、應(yīng)對(duì)環(huán)境壓力、免疫系統(tǒng)功能、腫瘤發(fā)生與發(fā)展以及病毒感染等生命過(guò)程。約半數(shù)m6A在新生RNA上隨轉(zhuǎn)錄生成，但決定共轉(zhuǎn)錄修飾的發(fā)生以及這些修飾的功能尚不清楚。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物的三種關(guān)鍵組分免疫共沉淀的蛋白質(zhì)組分，鑒定出DEAD-box解旋酶DDX21作為m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物的新型互作因子。進(jìn)一步，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)并應(yīng)用針對(duì)新生RNA的光激活核糖核苷增強(qiáng)交聯(lián)免疫沉淀高通量測(cè)序，結(jié)合基于單鏈DNA建庫(kù)的DNA:RNA雜合鏈免疫共沉淀高通量測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)R-loop、DDX21和METTL3在基因組上具有顯著的共定位。當(dāng)R-loop或DDX21缺失時(shí)，METTL3在染色質(zhì)上的定位降低，導(dǎo)致染色質(zhì)相關(guān)RNA（caRNA）上m6A水平下降，尤其是在轉(zhuǎn)錄終止位置。研究顯示，DDX21對(duì)m6A修飾的促進(jìn)作用依賴于其解旋酶活性。

該研究通過(guò)繪制RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)的高分辨率圖譜，揭示了DDX21與METTL3協(xié)同作用。研究顯示，通過(guò)調(diào)控m6A共轉(zhuǎn)錄形成，借助其“閱讀器”蛋白YTHDC1，共同在促進(jìn)XRN2介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄終止過(guò)程中發(fā)揮作用。這一過(guò)程對(duì)于維持基因組的穩(wěn)定性至關(guān)重要。阻斷復(fù)制過(guò)程或者采用CRISPR靶向策略精確抑制轉(zhuǎn)錄，可以緩解轉(zhuǎn)錄通讀區(qū)域的基因組不穩(wěn)定性。

前期工作發(fā)現(xiàn)m6A調(diào)控R-loop穩(wěn)態(tài)的機(jī)制，而該研究提出了R-loop-DDX21-METTL3介導(dǎo)的m6A共轉(zhuǎn)錄修飾的新機(jī)制，闡明了新生RNA如何通過(guò)m6A修飾保證基因組功能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過(guò)協(xié)調(diào)一系列的分子招募和酶活性，該研究架起了聯(lián)接表觀轉(zhuǎn)錄組、協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)錄終止以及維持基因組穩(wěn)定性之間的橋梁。探討R-loop-DDX21-METTL3-m6A調(diào)控軸的核心結(jié)構(gòu)域和關(guān)鍵酶活性，將有助于發(fā)掘出能夠調(diào)節(jié)m6A表觀轉(zhuǎn)錄組的新靶點(diǎn)。

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