揭示了m6A RNA修饰的新的进化意义
无义介导的RNA降解（Nonsense-mediated decay, NMD）是真核生物一种重要的mRNA质量控制方式，细胞通过检验终止密码子与最后一个剪接接头的距离是否超过55nt来判断该终止密码子是否为提前终止密码子（Premature Termination Codon, PTC）从而决定是否降解该RNA。因此经典的NMD通路是一种RNA剪接依赖的机制。假基因是一种失去了蛋白编码能力或者表达能力的基因，通常由基因重复产生，基因组上的DNA重复可以形成非加工型假基因，而逆转录形成的基因重复会形成加工型假基因。假基因容易形成截短的蛋白产生细胞毒性，因此假基因的活性通常受到抑制。由于假基因通常含有PTC，因此大量的非加工型假基因可以通过NMD的方式降解。然而，加工型假基因由于缺少内含子而不能通过NMD的机制降解，那么加工型的假基因是否进化出其他的方式来进行降解并不清楚。
近日，中山大学王金凯教授课题组在Genome Biology杂志发表论文Positive natural selection of N6methyladenosine on the RNAs of processed pseudogenes，揭示加工型假基因在进化过程中在达尔文正向选择的驱动下快速积累产生m6A motif 的突变，从而造成加工型假基因的m6A水平显著高于同源的蛋白编码基因，进化出利用m6A降解加工型假基因的方式。这些进化出的m6A位点对于降解加工型假基因防止其通过ceRNA的机制干扰同源蛋白编码基因的表达调控网络发挥了重要作用。
研究人员首先通过m6A定量技术m6A-LAIC-seq的数据在人的GM12878和H1细胞中发现假基因尤其是加工型假基因的m6A假基因的程度显著高于同源的蛋白编码基因，同时m6A-seq揭示假基因的m6A位点数目也显著高于同源的蛋白编码基因，提示假基因在进化过程中产生了更多的m6A位点。进一步的分析发现，在灵长类的进化过程中，与反义链相比，正义链更容易产生新的m6A motif。被修饰的m6A motif 大多进化上比较年轻，即人特异的m6A motif要多于人和黑猩猩共有的motif，而人、黑猩猩、大猩猩、黄猩猩、小猿和猕猴都共有的m6A motif最少；然而没有被修饰的m6A motif 却呈现出完全相反的模式，即进化上越保守的motif占比越多，而人特异性的motif占比最少，说明这些被修饰的motif是在进化过程中加速形成的。此外，越古老的m6A 位点，在人的细胞中通过m6A-seq计算的m6A peak的强度也越高，说明除了位点的增多，相同位点的m6A程度也在不断提高。
研究人员进一步通过细胞核质分离的RNA-seq数据发现，高m6A甲基化的加工型假基因相比低甲基化的加工型假基因有更高的核质比，更低的整体表达和细胞质表达。这一现象在敲低m6A甲基转移酶METTL3后的细胞中不能观察到，非加工型的假基因也不具有这样的现象。说明加工型假基因通过m6A促进了其在细胞质中的降解。为了揭示加工型假基因导致胞质降解的意义，研究人员通过千人基因组计划欧洲人群淋巴母细胞系的RNA-seq数据分析发现，m6A高甲基化的加工型假基因在群体中与同源的蛋白编码基因有更低的相关性，提示m6A破坏了假基因和真基因的调控关系，通常假基因能够通过ceRNA的机制吸附调控同源蛋白编码基因的miRNA，从而能够正调控其同源基因。为了证明这种假说，研究人员用实验的方法对DSTNP2和NAP1L4P1这两个加工型假基因进行验证。结果发现，这两个假基因的m6A不仅促进了假基因本身的降解，也促进了其同源的蛋白编码基因的降解并导致其蛋白的表达水平降低。而DSTNP2的m6A对其蛋白编码基因DSTN的调控作用依赖于miRNA miR-362-5p,其调控DSTN是通过降解DSTNP2从而造成miR-362-5p不能被有效吸附并更多地作用于DSTN从而导致更多的DSTN被miR-362-5p降解。这项工作揭示了m6A RNA修饰的新的进化意义，即通过降解加工型假基因来缓解加工型假基因对同源蛋白编码基因表达调控网络的干扰。
论文的通讯作者王金凯是中山大学中山医学院的教授，该论文的第一作者为王金凯教授课题组的两名博士研究生谭利强博士和程维晟博士。
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