一、遗传学基本法则

首先我们回忆下小学二年级学到的遗传学基本法则，也就是中心法则（genetic central dogma）。

在 RNA 生成和降解调控中，会引入一个表观遗传学的概念，也就是在不改变 DNA 序列的情况下，基因表达发生可逆的、可遗传的改变。

现在大家认为表观遗传修饰和遗传物质 DNA 一样，都是决定基因表达和个体表型的重要因素。大量研究也证明它们与生物发育和疾病发生息息相关。

之前大家围绕染色质上的 DNA 和 Protein 开始表观遗传学的研究，这包括：

DNA 甲基化

染色质可及性

组蛋白修饰

3D 基因组

等等

小伙伴也可以参考我之前的文章来回忆这些表观修饰：

一文读懂DNA甲基化及BS-seq

一文读懂染色质可及性与ATAC-seq

一文读懂三维基因组

图解表观遗传学 | 组蛋白修饰

一文读懂 ChIPseq

细心的小伙伴可能已经发现，在中心法则中 RNA 这个浓眉大眼的家伙被大家忽略了。

二、RNA 表观遗传修饰

这种尴尬的局面，在2011 年，由芝加哥大学何川教授团队率先打破。

他们的研究 “N6-methyladenosine in nuclear RNA is a major substrate of the obesity-associated FTO”，发现了 m6A 的去甲基化酶 FTO，揭示m6A的可逆化修饰。

他们，证明了这种 RNA 甲基化具有可逆性，而且证明了 RNA 层面的修饰也参与了基因表达调控。

从此开启了 RNA 表观修饰的研究领域，使 m6A 的研究重新热门起来。

首先看下什么是 RNA 表观修饰，这是一种发生在 RNA 分子的化学修饰，组成表观转录组。

这里需要注意与 DNA 化学修饰在相似位点命名的区别，比如在 DNA 中的5mC，和 RNA的 m5C。

现在已经发现了上百种 RNA 修饰类型，分布在不同的 RNA 类型，结构区域中。

我们前文提到的 m6A 修饰在 mRNA，rRNA，tRNA 等中都有分布，而且是目前研究最为详细的一种修饰类型。

三、RNA 表观修饰中的明星，m6A 修饰

m6A 也叫 N6-methyladenosine，是真核生物 RNA 最常见的一种 mRNA 修饰，在各个物种都可以观察到 m6A 修饰。

我们先看下化学结构，主要分为两部分：

左下角的五碳糖，最右边的羟基会脱氧变为脱氧核糖核苷酸，也就是 RNA 到 DNA

右上角是含氮碱基，这里是腺苷酸 A 的 6 号位 N 发生甲基化，也就是 m6A

有意思的是，虽然 1974 年的时候这个修饰已经被发现，但是由于技术限制和其他原因被搁置。

这与 RNA 修饰检测难度有关，

毕竟 RNA 不像 DNA 反转录为 cDNA 直接检测修饰，这样会导致修饰信息丢失，

用抗体检测又因为其修饰占比低，信号差，甚至还一度被认为是测序的噪音被大家所忽略。

其实，最关键的还是没有找到一个完整的 RNA 修饰通路。

四、m6A 修饰通路

在第一个去甲基化酶 FTO 被发现后，在众多科学家的共同努力下，逐渐构建起了较为清晰的 m6A 修饰通路。

这里包含三种核心调控因子：Writer，Eraser，Reader，

它们分别执行针对 m6A 的三种任务：加入修饰，擦除修饰，读取修饰

4.1 Writer

主要由甲基化转移酶构成的复合物（Methyltransferase complex，MTC）介导产生，包括 METTL3、METTL14和 WTAP和KIAA1429。

4.2 Eraser

FTO 和 ALKHB5 等去甲基化酶构成，用于擦除甲基化基团。

FTO蛋白全称Fat mass and obesity-associated protein，属于Alkb蛋白家族中的一员并且与肥胖相关，敲除后，m6A修饰水平显著上升。

LKBH5是另一种重要的去甲基化酶，对细胞核中的mRNA进行去甲基化修饰。在细胞系中敲低ALKBH5后，mRNA上m6A修饰水平显著上升。

4.3 Reader

多种 Reader 蛋白会执行不同的生物学功能，常见的有

YTHDF1 和 YTHDF3 通过与起始因子及核糖体互相作用促进蛋白质翻译

YTHDF2 导致 mRNA 的降解，而 YTHDF3 与 YTHDC2 有类似的功能

IGF2BP1/2/3 则对翻译的稳定性有促进作用

YTHDC1 与 mRNA 剪切及出核有关

eIF3 识别蛋白也会直接绑定到 mRNA 5'UTR 端的 m6A 位点参与翻译起始

HNRNPC 介导 mRNA 前体的选择性剪接

HNRNPA2B1 促进 pri-miRNA 加工为 pre-miRNA

m6A 的检测技术一般使用液相色谱质谱联用，或者免疫共沉淀技术，但是都只能检测一个大概的修饰区间。好消息是今年何川和陈梦洁教授实验室开发的 m6A-SAC-seq 测序技术已经将 m6A 检测提升到了单碱基分辨率。下一篇，我们将细细道来。

参考

N6-Methyladenosine in nuclear RNA is a major substrate of the obesity-associated FTO - Nature Chemical Biology

Grand Challenge Commentary: RNA epigenetics? - Nature Chemical Biology

N6-methyladenosine of chromosome-associated regulatory RNA regulates chromatin state and transcription

转自：“学术查”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！