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基因组所等RNA甲基化表观转录组学研究获进展

2014/01/15 华泰昕生物|HyperCyte 已读

华泰昕

WTAP结合RNA并招募METTL3/METTL14复合物对RRACH特异序列进行甲基化修饰 

 

 

014年1月,中国科学院北京基因组研究所基因组变异与精准生物医学实验室“百人计划”研究员杨运桂研究组,与中国科学院动物研究所“百人计划”研究员刘峰研究组合作开展的“m6A甲基转移酶复合物鉴定”研究,发现了WTAP(wilms'tumour 1-associating protein) 蛋白作为m6A甲基转移酶复合物调控亚基,调节m6A甲基转移酶催化亚基METTL3和METTL14在细胞体内的定位和活性。研究成果Mammalian WTAP Is a Regulatory Subunit of the RNA N6-Methyladenosine Methyltransferase在线发表于细胞生物学学术期刊 Cell Research。

6-甲基腺嘌呤【N6-methyl-adenosine(m6A)】是高等生物中含量最为丰富的一种RNA甲基化形式,平均每一条mRNA含有3-5个,存在于保守序列RRACH(R=G ,A; H=A,C or U)中。但长期以来,由于缺乏对m6A进行有效检测的技术手段和对修饰m6A酶复合物的发现,m6A调控RNA尤其是mRNA的生物学功能尚不清楚。

杨运桂研究组在前期研究中,通过和芝加哥大学何川教授实验室合作,参与发现了m6A去甲基化酶FTO(Jia et al. Nature Chemical Biology 2011)和ALKBH5(Zheng et al. Molecular Cell 2013),拓展和丰富了RNA m6A甲基化表观转录组学新概念与研究领域(Niu et al. GPB 2013; Zheng et al. RNA Biology 2013)。相对于m6A去甲基化酶的发现,催化m6A形成以SAM为甲基供体的甲基转移酶复合物(~1000kDa)的发现进展缓慢,70-kDA METTL3 (methyltransferase like 3)亚基是目前唯一已知组分。M6A甲基转移酶复合物各组分的发现和鉴定,对揭示RNA m6A甲基化表观转录组学功能和调控规律极其重要。

本研究利用生物化学、细胞、基因组学、生物信息学及模式生物等多层次技术手段,发现了M6A甲基转移酶复合物另外两个重要蛋白METTL14 (methyltransferase like 14)和WTAP, METTL14 、WTAP和METTL3在体内形成功能复合物,催化m6A形成。 

METTL3和METTL14定位在mRNA加工相关亚细胞器nuclear speckle上,其定位依赖于WTAP;利用转录组、PAR-CLIP技术结合第二代测序技术,科研人员发现METTL3依赖于WTAP结合RNA,mRNA是该甲基转移酶复合物的主要底物。与WTAP和METTL3结合的基因存在选择性剪接模式的改变,WTAP和METTL3结合RNA MOTIFs在序列和距离与经典m6A甲基化RRACH高度一致,RNA代谢相关基因的表达和选择性剪接都受到METTL3和WTAP的调节。

METTL3和WTAP基因敲低的斑马鱼胚胎都表现为组织器官分化缺陷和细胞凋亡增加。以上研究确认了WTAP作为调控亚基,调节m6A甲基转移酶催化亚基METTL3/METTL14的细胞内活性和定位。

该研究工作为进一步研究m6A的生物功能和RNA表观遗传提供了依据,为RNA甲基化修饰作为一种具有重要生物学调控功能的表观转录组学新概念提供了重要证据,从而为后续从RNA甲基化这一新角度展开恶性肿瘤等人类疾病的发生发展研究提供了理论依据。

该项工作得到了中国科学院、科技部、国家自然科学基金委的资助。

 

原文摘要

Mammalian WTAP is a regulatory subunit of the RNA N6-methyladenosine methyltransferase


The methyltransferase like 3 (METTL3)-containing methyltransferase complex catalyzes the N6-methyladenosine (m6A) formation, a novel epitranscriptomic marker; however, the nature of this complex remains largely unknown. Here we report two new components of the human m6A methyltransferase complex, Wilms' tumor 1-associating protein (WTAP) and methyltransferase like 14 (METTL14). WTAP interacts with METTL3 and METTL14, and is required for their localization into nuclear speckles enriched with pre-mRNA processing factors and for catalytic activity of the m6A methyltransferase in vivo. The majority of RNAs bound by WTAP and METTL3 in vivo represent mRNAs containing the consensus m6A motif. In the absence of WTAP, the RNA-binding capability of METTL3 is strongly reduced, suggesting that WTAP may function to regulate recruitment of the m6A methyltransferase complex to mRNA targets. Furthermore, transcriptomic analyses in combination with photoactivatable-ribonucleoside-enhanced crosslinking and immunoprecipitation (PAR-CLIP) illustrate that WTAP and METTL3 regulate expression and alternative splicing of genes involved in transcription and RNA processing. Morpholino-mediated knockdown targeting WTAP and/or METTL3 in zebrafish embryos caused tissue differentiation defects and increased apoptosis. These findings provide strong evidence that WTAP may function as a regulatory subunit in the m6A methyltransferase complex and play a critical role in epitranscriptomic regulation of RNA metabolism.


Keywords:

WTAP; m6A methyltransferase; METTL3; METTL14; mRNA