北京基因组所合作揭示 RNA 甲基化调控 R -loop 形成及转录终止

来源: 北京基因所 / 作者: 北京基因所 / 时间: 2019-10-15
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R-loop 是一种由 RNA:DNA 杂合链和单链 DNA 组成的特殊核酸结构,在原核和真核生物的基因组中分布广泛且普遍存在。R-loop 在很多关键的生物学过程中发挥重要功能,包括染色质修饰、转录调控、DNA 损伤修复以及基因组稳定性等,但其如何被精确调控的机制尚不清楚。m6A 修饰作为信使 RNA 上丰度最高的修饰类型,广泛参与哺乳动物的发育、免疫、干细胞更新、脂肪分化、以及肿瘤生成和转移等生命过程。然而,目前尚不清楚 m6A 是否能作为 R -loop 中 RNA 组分的本源特征来调控 R -loop 水平,进而发挥各种生物学功能。

中科院北京基因组研究所杨运桂、任捷与清华大学生科院孙前文团队合作研究,发现 m6A 能稳定 R-loop 的形成,进而调控基因转录的有效终止。这一成果以《m6A promotes R-loop formation to facilitate transcription termination》为题于 1012 日在线发表于《细胞研究》(Cell Research)杂志。

研究团队首先通过斑点分子杂交和免疫荧光技术,发现敲低 m6A 甲基转移酶 METTL3 显著降低 R -loop 水平,且该调控作用依赖于 METTL3 甲基转移酶活性。随后,团队成员利用高效液相色谱联合质谱技术,发现相较于染色体结合的 RNA(caRNA),R-loop 的 RNA 组分有更加富集的 m6A 修饰。进一步利用基于单链 DNA 建库的 DNA:RNA 杂合链免疫共沉淀高通量测序技术(ssDRIP-seq),发现下调的 R -loop 主要富集在转录终止区域,R-loop 变化程度与 m6A 的距离和修饰水平相关。为了探索 m6A 对 R -loop 调控的生物学功能,研究团队绘制了 RNA 聚合酶转录位点的高分辨率图谱,并在 MYC、ACTIN 基因上进行多种转录活性检测,发现 m6A 促进 R -loop 形成是转录终止阶段的关键步骤,可以防止 RNA 聚合酶的转录通读。最后,团队成员构建了针对转录通读的报告基因系统,通过 m6A 修饰位点的突变进一步证实 m6A 对于 R -loop 形成及转录终止的关键作用。

该研究发现了 m6A 甲基化修饰的共转录调控功能,揭示了 RNA 甲基化修饰对染色质结构的影响,以及 R-loop 结构中的 RNA 组分被修饰后对其自身稳态的调控机制,阐释了 m6A 通过稳定 R-loop 而促进转录正常终止的现象,为进一步研究 m6AR-loop 的调控机制和相应生物学功能提供了基本的技术和理论支撑。

该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学以及国家重点研发计划等基金资助。

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