北京基因組所合作揭示 RNA 甲基化調控 R -loop 形成及轉錄終止

來源: 北京基因所 / 作者: 北京基因所 / 時間: 2019-10-15
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R-loop 是一種由 RNA:DNA 雜合鏈和單鏈 DNA 組成的特殊核酸結構,在原核和真核生物的基因組中分布廣泛且普遍存在。R-loop 在很多關鍵的生物學過程中發揮重要功能,包括染色質修飾、轉錄調控、DNA 損傷修復以及基因組穩定性等,但其如何被精確調控的機制尚不清楚。m6A 修飾作為信使 RNA 上豐度最高的修飾類型,廣泛參與哺乳動物的發育、免疫、干細胞更新、脂肪分化、以及腫瘤生成和轉移等生命過程。然而,目前尚不清楚 m6A 是否能作為 R -loop 中 RNA 組分的本源特征來調控 R -loop 水平,進而發揮各種生物學功能。

中科院北京基因組研究所楊運桂、任捷與清華大學生科院孫前文團隊合作研究,發現 m6A 能穩定 R-loop 的形成,進而調控基因轉錄的有效終止。這一成果以《m6A promotes R-loop formation to facilitate transcription termination》為題于 1012 日在線發表于《細胞研究》(Cell Research)雜志。

研究團隊首先通過斑點分子雜交和免疫熒光技術,發現敲低 m6A 甲基轉移酶 METTL3 顯著降低 R -loop 水平,且該調控作用依賴于 METTL3 甲基轉移酶活性。隨后,團隊成員利用高效液相色譜聯合質譜技術,發現相較于染色體結合的 RNA(caRNA),R-loop 的 RNA 組分有更加富集的 m6A 修飾。進一步利用基于單鏈 DNA 建庫的 DNA:RNA 雜合鏈免疫共沉淀高通量測序技術(ssDRIP-seq),發現下調的 R -loop 主要富集在轉錄終止區域,R-loop 變化程度與 m6A 的距離和修飾水平相關。為了探索 m6A 對 R -loop 調控的生物學功能,研究團隊繪制了 RNA 聚合酶轉錄位點的高分辨率圖譜,并在 MYC、ACTIN 基因上進行多種轉錄活性檢測,發現 m6A 促進 R -loop 形成是轉錄終止階段的關鍵步驟,可以防止 RNA 聚合酶的轉錄通讀。最后,團隊成員構建了針對轉錄通讀的報告基因系統,通過 m6A 修飾位點的突變進一步證實 m6A 對于 R -loop 形成及轉錄終止的關鍵作用。

該研究發現了 m6A 甲基化修飾的共轉錄調控功能,揭示了 RNA 甲基化修飾對染色質結構的影響,以及 R-loop 結構中的 RNA 組分被修飾后對其自身穩態的調控機制,闡釋了 m6A 通過穩定 R-loop 而促進轉錄正常終止的現象,為進一步研究 m6AR-loop 的調控機制和相應生物學功能提供了基本的技術和理論支撐。

該研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項、國家自然科學以及國家重點研發計劃等基金資助。

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