m5C 調(diào)控 mRNA 出核

中國科學(xué)院北京基因組研究所精準(zhǔn)基因組醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及遺傳與發(fā)育協(xié)同創(chuàng)新中心楊運(yùn)桂研究組和鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院生殖與遺傳專科醫(yī)院孫瑩璞研究組、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心汪海林研究組合作研究，揭示了 m5C（5- 甲基胞嘧啶）修飾在 mRNA 的分布圖譜規(guī)律及其對(duì)調(diào)控 mRNA 出核作用新機(jī)制。該研究成果以 5 -methylcytosine promotes mRNA export--NSUN2 as the methyltransferase and ALYREF as an m5C reader 為題，于 4 月 18 日在《細(xì)胞研究》（Cell Research）雜志發(fā)表。

研究團(tuán)隊(duì)首先建立改進(jìn)的 RNA m5C 單堿基分辨率高通量測(cè)序與生物信息分析技術(shù)，揭示了 mRNA m5C 的分布規(guī)律，并繪制了精細(xì)的 m5C 修飾圖譜，發(fā)現(xiàn) m5C 在 mRNA 的翻譯起始位點(diǎn)下游有顯著富集，并且主要分布于 CG 富集區(qū)域。通過分析對(duì)比人和小鼠不同組織，發(fā)現(xiàn) m5C 在 mRNA 上的分布特征在哺乳動(dòng)物中十分保守，而在不同組織中修飾的基因具有特異性。研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在小鼠睪丸發(fā)育過程中，動(dòng)態(tài)的 m5C 修飾基因顯著富集于精子發(fā)育相關(guān)功能，提示 m5C 修飾參與生殖發(fā)育調(diào)控。

在獲得精細(xì)的 RNA m5C 單堿基分辨率修飾圖譜后，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn) NSUN2 蛋白是主要的 mRNA m5C 甲基轉(zhuǎn)移酶，其活性依賴于 C271 和 C321 位點(diǎn)，且 NSUN2 功能缺失導(dǎo)致 mRNA 的出核受到抑制。通過進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，出核調(diào)控蛋白 ALYREF 通過第 171 位賴氨酸特異性結(jié)合 m5C 修飾位點(diǎn)，從而促進(jìn) mRNA 出核。至此，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了 mRNA m5C 主要甲基轉(zhuǎn)移酶 NSUN2（Writer）及其第一個(gè)結(jié)合蛋白 ALYREF（Reader），并揭示了 m5C 調(diào)控 mRNA 出核的重要功能。

RNA 甲基化是表觀轉(zhuǎn)錄組調(diào)控的一種重要形式，對(duì) RNA 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控以及惡性腫瘤等相關(guān)疾病的診斷和治療有重要意義。楊運(yùn)桂研究團(tuán)隊(duì)一直致力于該領(lǐng)域的研究，參與發(fā)現(xiàn)了 RNA 甲基化修飾 m6A 相關(guān)酶（Jia et al.Nature Chemical Biology 2011; Zheng et al. Molecular Cell 2013; Ping et al. Cell Research 2014）及其甲基化位點(diǎn)選擇性機(jī)制 (Chen et al. Cell Stem Cell 2015) 和 m6A 修飾外顯子被保留現(xiàn)象(Zhao et al.Cell Research 2014)，m6A 結(jié)合蛋白 YTHDC1（Xiao et al. Molecular Cell 2016）和 YTHDF3 (Li et al. Cell Research 2017) 分別調(diào)控 mRNA 剪接和翻譯機(jī)制，闡明了 mRNA m5C 修飾規(guī)律、甲基轉(zhuǎn)移酶和結(jié)合蛋白及其調(diào)控 mRNA 出核機(jī)制。本次發(fā)表的研究成果將為進(jìn)一步研究 RNA 甲基化調(diào)控的生物功能和 RNA 表觀遺傳提供依據(jù)，為研究與正常生理或異常病理生命活動(dòng)關(guān)聯(lián)分子機(jī)理提供新的表觀調(diào)控研究方向。