北京基因組所合作揭示RNA甲基化調控R-loop形成及轉錄終止機制
發布時間:2019.10.15        閱讀次數:

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。

中國科學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。

該研究得到中科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資助。

m6A甲基化修飾調控R-loop的形成及轉錄終止機制

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