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杨运桂/杨莹开发新技术,首次获得m7G mRNA高分辨率图谱

2019.9.16

  在RNA分子中鉴定出超过150种RNA修饰。转录组分析是解码这些化学修饰的潜在功能的关键步骤之一。N7-甲基鸟苷(m7G)是tRNA,rRNA和mRNA 5'cap中存在的最丰富的修饰之一,并且在调节RNA加工,代谢和功能中具有关键作用。除了其在mRNA中的帽位置外,还在内部mRNA区域中鉴定了m7G。然而,其在内部mRNA区域内的转录组范围的分布和动态调节仍然未知。

  2019年9月13日,中国科学院北京基因组研究所杨运桂及杨莹共同通讯在Cell Research在线发表题为"Dynamic methylome of internal mRNA N7-methylguanosine and its regulatory role in translation"的研究论文,该研究建立了m7G单核苷酸拆分交联和免疫沉淀与测序(m7G miCLIP-seq)方法,以特异性检测内部mRNA m7G修饰。

  使用这种方法,研究人员发现m7G在5'UTR区域和富含AG的环境中富集,这是在不同的人/小鼠细胞系和小鼠组织中保守的特征。引人注目的是,内部m7G修饰在H2O2和热休克处理下均受到动态调节,在CDS和3'UTR区域具有显著的积累,并且在促进mRNA翻译效率方面起作用。总之,该研究结果揭示了内部mRNA m7G甲基化组的动态特征,并突出显示m7G作为一种新的表观转录组标记,在翻译中具有调节作用。

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  自从发现第一个修饰的核苷以来,已经鉴定出超过150种不同的RNA修饰。其中,N6-甲基腺苷(m6A)是真核信使RNA(mRNAs)中最常见和最丰富的修饰。5-甲基胞嘧啶(m5C)和N1-甲基腺苷(m1A)也是沿着真核mRNA发生的两种修饰; m5C位于翻译起始位点(TIS)的下游区域,m1A富集于起始密码子周围的第一个剪接位点的上游。mRNA m5C修饰,由NSUN2催化并由ALYREF和YBX1蛋白特异性结合,已经显示对于mRNA稳定性,核  -细胞质穿梭和翻译以及氧化应激反应是必需的。mRNA m1A,尽管其特定的催化和功能识别蛋白仍然不清楚,已经表明在促进翻译起始,并成为应对血清饥饿和热休克条件的潜在重要调节因子。

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miCLIP-seq提供比传统MeRIP-seq更高的分辨率

  除上述RNA甲基化外,N7-甲基鸟苷(m7G)也是转移RNA(tRNA)可变环,真核18S核糖体RNA(rRNA)和mRNA分子帽位置中最常见的修饰之一,同时,在原核生物,真核生物和古菌中都是保守的。

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m7G的转录组图谱揭示了人mRNA中起始密码子附近内部m7G的富集

  含有m7G的tRNA亚群主要在酵母和小鼠中被鉴定。这种修饰由酵母中的Trm8 / Trm82复合物和人的METTL1 / WDR4复合物催化,并且在几个tRNA中的位置46(m7G46)处发现。据报道,m7G46在快速tRNA衰变途径中对tRNA水平的维持至关重要。在嗜热栖热菌中,m7G46起着稳定tRNA三倍体的作用。此外,在酿酒酵母中,m7G46已被确定为至关重要。另外,最近的一项研究报道,敲除小鼠胚胎干细胞中m7G46 tRNA甲基转移酶复合物会损害神经谱系分化并影响翻译过程。

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m7G甲基化组显示人和小鼠之间的保守性

  m7G在真核18S rRNA中也是保守的,在酵母中的1575位和人中的1639位,这种修饰由酵母中的Bud23 / Trm112复合物和人中的WBSCR22 / TRMT112复合物合成。

  m7G帽修饰首次在真核生物mRNAs上进行鉴定,并且在进化上是保守的。在转录的早期阶段,这种修饰由几乎所有RNA聚合酶II(Pol II)靶基因上的RNMT / RAM甲基转移酶复合物催化。实际上,m7G帽通过由CBP80和CBP20组成的帽结合复合物(CBC)在细胞核中被识别,其主要介导m7G帽功能:用于mRNA输出,稳定性,剪接,转录,翻译和无义介导的衰变。所有这些研究都强调了m7G在细胞中mRNA,rRNA和tRNA命运中的重要作用。值得注意的是,最近的一项研究发现,在高等真核生物的内部mRNA中存在m7G修饰,有多项研究已经证实。

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内部m7G促进PCNA mRNA翻译

  在本研究中,研究人员尝试建立一种高通量技术,通过单核苷酸拆分交联和免疫沉淀测序(miCLIP-seq)检测m7G。结合抗m7G抗体免疫沉淀富集和紫外(UV)交联,研究人员成功地分析了内部mRNA m7G修饰,在哺乳动物细胞和脑组织中5'UTR及富含AG的区域富集。

  引人注目的是,引人注目的是,内部m7G修饰在H2O2和热休克处理下均受到动态调节,在CDS和3'UTR区域具有显著的积累,并且在促进mRNA翻译效率方面起作用。此外,内部m7G促进mRNA翻译,如通过对HeLa和293T细胞的m7G修饰的mRNA以及内源PCNA及其外源小基因报告基因的翻译效率分析所证明的。总之,这些发现揭示了高等真核生物中的内部mRNA m7G甲基化组,并且m7G可能作为翻译和应激反应潜在重要的新型表位转录组标记。

  参考消息:

  https://www.nature.com/articles/s41422-019-0230-z


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