RNA甲基化如何维持R-loop的稳定以保证基因组完整性的？
1358 人阅读发布时间：2021-12-31 10:10
哺乳动物在基因转录的过程中会形成RNA-DNA的杂交结构——R-loop，由一条刚转录出的单链RNA和模板双链DNA形成的环形结构，不再是DNA典型的双螺旋构型。
虽然广泛的研究表明，R-loop在转录调控和DNA修复中发挥着关键作用(Santos-Pereira and Aguilera, 2015)，但RNA/DNA杂交序列也是基因组不稳定性的重要来源（Allison and Wang, 2019），如果不加以控制，会对正常细胞功能产生负面影响。
此外，与基因组不稳定有关的疾病，包括神经退行性疾病和某些癌症（Groh andGromak, 2014），也已被证实与R-loop的不正常积累有关。
那么在自然状态下，细胞是如何控制这些有潜在问题的RNA/DNA杂交序列的呢？
表观研究已证实普遍存在的m6A修饰通过维持分子稳定和转化，从而调控RNA的翻译过程。
最近，有研究描述了RNA甲基化也可能通过调节R-loop的持久性来帮助维持基因组的完整性。
来自Arne Klungland（挪威奥斯陆大学）、Natalia Gromak（英国牛津大学）和Alexey Ruzov（英国诺丁汉大学）实验室的研究人员对R-loop和RNA甲基化已经开展了很深入的研究，他们的目标不同但却密切相关。
Abakir和这三个实验室的同事最初试图评估人类干细胞和癌细胞基因组中一种特定形式的甲基化腺苷（N6-甲基脱氧腺苷；6mA）的丰度，因为当时人们对这种修饰在哺乳动物中的普遍性和相关性了解不多。
有趣的是，最初的IP和质谱分析结果显示DNA普遍缺失6mA的修饰，而人类细胞中广泛存在m6A修饰的RNA/DNA杂交序列，这表明RNA甲基化和R-loop之间有着重要的联系。
进而研究者们提出疑问，是否m6A修饰的RNA在R-loop中对基因组的完整性有着不可或缺的作用呢？
他们通过分析RNA甲基转移酶在这一过程中的作用，和评估m6A修饰的RNA对这些因子的招募情况，对这一问题进行了深入探究。
结果发现了N6-腺苷甲基转移酶METTL3的敲除促使RNA/DNA杂交序列的积累，他们推测METTL3介导的R-loop环内RNA的m6A修饰可能作为保持基因组完整性的信号。
除了METTL3，他们还发现YTHDF2作为调节细胞质mRNA的降解的蛋白，它能够与RNA/DNA杂交序列相互作用。
并且YTHDF2敲除促使m6A修饰的RNA/DNA杂交序列的数量大大增加，诱导DNA损伤标志物的表达，以及细胞生长潜力的相关下降。
总的来说，这些发现表明，METTL3使R-loop的RNA甲基化，以吸引YTHDF2的结合，从而抑制RNA/DNA杂交序列的积累，保护基因组的稳定性。
虽然学者们找到了关键的酶和蛋白，但随之而来的是新问题的出现，METTL3是如何进入R-loop的？又是怎样的机制调控着R-loop的分解？
来自Kyungjae Myung、Ja Yil Lee和Hyug Moo Kwon（韩国蔚山国家科学技术研究院/基础科学研究所）实验室的一个研究小组在随后的R-loop和RNA甲基化的研究中回答了这些令人困惑的问题。
Kang，Cheon和他们的同事试图在先前研究结果的基础上，确定参与识别和分解R-loop的机制。他们将人类细胞系暴露在DNA损伤剂（紫外线和拓扑异构酶抑制剂）中。
通过分析发现了张力反应性增强因子结合蛋白（TonEBP，也称为NFAT5）能够识别R-loop，并招募METTL3，并协助RNA裂解酶来分解R-loop，从而维持基因组的完整性。
在此之前的研究，TonEBP主要作用是通过与多种酶的相互作用感知DNA损伤和协调信号(Kang et al., 2019)，IP和MS分析的初步研究证明了METTL3和TonEBP之间的相互作用。
研究者们发现TonEBP通过一种不寻常的 "三维碰撞和一维扩散 "的双重搜索机制，迅速有效地识别DNA损伤引起的R环，使TonEBP招募METTL3到R-loop上甲基化RNA/DNA杂交序列中的RNA。
存在于NF-κB蛋白和其他几个转录因子中的Rel同源结构域促进了DNA结合蛋白复合物的形成，同时介导了TonEBP对R-loop的识别以及TonEBP和METTL3之间的相互作用。
关于YTHDF2，在原文中也说道TonEBP也控制了YTHDF2和R-loop间的相互作用。
与此同时，TonEBP还可通过与METTL3的相互作用将RNaseH1（一种水解裂解RNA的非特异性内切酶）招募至R-loop，促使RNA被清除，从而使双链DNA重新形成其典型构象。
为了确认这些结果，研究者将TonEBP敲除，TonEBP表达的缺失促使m6A修饰的RNA水平下降，R-loop的数量增加。并且在暴露于DNA破坏剂后，细胞增殖和存活率都有明显下降。
这些数据提供了TonEBP-METTL3-RNA甲基化途径在通过招募RNaseH1应对DNA损伤引起的R-loop中的重要作用的证据。
鉴于R-loop平衡对细胞生理学和各种疾病的发病机制的重要性，作者强烈建议将探索TonEBP的全部活性作为下一个关键任务。
总的来说，这些令人兴奋的发现支持着以后RNA甲基化潜在作用的研究发展。
此外，随着对R-loop结构的不断解析也可能促进治疗策略的发展，以保护特定癌症类型和神经退行性疾病的基因组不稳定。
关于更多RNA甲基化与R-loop的关系可见Nature Genetics, January 2020，和Nucleic Acids Research, January 2021。
题目：N6-methyladenosine regulates the stability of RNA: DNA hybrids in human cells
题目：TonEBP recognizes R-loops and initiates m6A RNA methylation for R-loop resolution
期刊：Nucleic Acids Research
Active Motif提供m6A相关的抗体&重组蛋白：
部分热销产品列表
*完整产品列表请浏览：https://www.activemotif.com.cn/search?terms=m6a
|
抗体名称
|
应用
|
货号
|
|
AbFlex®N6-Methyladenosine(m6A) antibody（rAb）
|
DB，IP
|
91261
|
|
N6-Methyladenosine (m6A) antibody (mAb)
|
DB，IP
|
61755
|
|
N6-Methyladenosine (m6A) antibody (pAb)
|
DB
|
61495
|
|
FTO antibody（pAb）
|
WB
|
61431
|
|
METTL1 / WDR4 antibody (pAb)
|
WB
|
65114
|
|
METTL3 antibody (mAb)
|
IP，WB
|
65687
|
|
AbFlex® METTL3 antibody (rAb)
|
WB
|
91333
|
Active motif还有METTL家族，YTH超家族，ALKBH家族等60多种重组蛋白。
|
蛋白名称
|
货号
|
|
Recombinant FTO (ALKBH9) protein
|
31572
|
|
Recombinant ALKBH5 protein
|
31589
|
|
Recombinant ALKBH1 protein
|
81128
|
|
Recombinant IGF2BP1 protein
|
81289
|
|
Recombinant IGF2BP2 protein
|
81290
|
|
Recombinant IGF2BP3 protein
|
81291
|
|
Recombinant METTL1 protein
|
81022
|
|
Recombinant METTL3 protein
|
31567
|
|
Recombinant METTL3 / METTL14 complex
|
31570
|
|
Recombinant METTL14 protein
|
31568
|
|
Recombinant hnRNPA2B1 protein
|
31607
|
|
Recombinant WTAP protein
|
31571
|
|
Recombinant YTHDC1 protein
|
81176
|
|
Recombinant YTHDC1 (325-502) protein
|
81100
|
|
Recombinant YTHDC2 protein
|
81198
|
|
Recombinant YTHDC2 (1279-1429) protein
|
81101
|
Active motif专注表观遗传和基因调控研究领域，一直致力于为用户提供创新高效的研究工具。
[1] Santos-Pereira J M, Aguilera A. Rloops: new modulators of genome dynamics and function[J]. Nature ReviewsGenetics, 2015.
[2] Allison D F, Wang G G. R-loops:formation, function, and relevance to cell stress[J]. Cell Stress, 2019,3(2):38-46.
[3] Groh M, Gromak N. Out of Balance:R-loops in Human Disease[J]. PLoS Genetics, 2014, 10(9): e1004630.
[4] Yue, Yanan, Liu, et al. RNAN-6-methyladenosine methylation in post-transcriptional gene expressionregulation[J]. Genes and Development: a Journal Devoted to the MolecularAnalysis of Gene Expression in Eukaryotes, Prokaryotes, and Viruses, 2015.
[5] Roundtree I A, Evans M E, Pan T, etal. Dynamic RNA Modifications in Gene Expression Regulation[J]. Cell, 2017,169(7):1187.
[6] Wang X, Lu Z, Gomez A, et al.N6-methyladenosine-dependent regulation of messenger RNA stability. [J].Nature, 2014, 505(7481):117-120.
[7] Je K H, Young C N, Hyun P, et al.TonEBP recognizes R-loops and initiates m6A RNA methylation for R-loopresolution[J]. Nucleic Acids Research (1):1.
[8] Choi S Y, Lee-Kwon W, Kwon H M. Theevolving role of TonEBP as an immunometabolic stress protein[J]. Nature ReviewsNephrology, 2020, 16(6).
[9] Kang H J, Park H, Yoo E J, et al.TonEBP Regulates PCNA Polyubiquitination in Response to DNA Damage throughInteraction with SHPRH and USP1[J]. iScience, 2019, 19:177-190.
[10] Abakir A, Giles T C, Cristini A,et al. N6-methyladenosine regulates the stability of RNA:DNA hybrids in humancells[J]. Nature Genetics, 2020, 52(1).
