生命中心 PI 孙前文课题组合作研究揭示 RNA 甲基化调控 R-loop 形成及转录终止

来源: 生命科学联合中心 / 作者: 孙前文 / 时间: 2019-10-17
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R-loop 是一种由 DNA:RNA 杂合链和单链 DNA 组成的特殊染色质结构,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,但其精确调控机制尚不清楚。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 组分来特异调控 R-loop 水平,进而发挥各种生物学功能。

近期,生命科学联合中心孙前文课题组与中科院北京基因组研究所杨运桂课题组、任捷课题组合作研究发现 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 10 月 12 日在线发表于《Cell Research》杂志(DOI: 10.1038/s41422-019-0235-7)。

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 组分中的 m6A 修饰更加富集。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),研究团队发现下调的 R-loop 主要富集在转录终止区域,且 R-loop 水平变化程度与 m6A 的距离和修饰水平相关。为了探索 m6A-R-loop 调控的功能,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 m6A 与 R-loop 的调控机制和相应生物学功能研究提供基本的技术和理论支撑。

杨运桂课题组杨鑫博士、博士生刘倩兰、硕士生张益畅以及孙前文课题组徐炜博士为该论文共同第一作者。该研究获得了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、清华大学自主科研计划、生命科学联合中心以及中组部青年千人计划等经费的支持。

论文链接: https://www.nature.com/articles/s41422-019-0235-7

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