清華生命學(xué)院孫前文課題組參與研究揭示RNA甲基化調(diào)控R-loop形成及轉(zhuǎn)錄終止
R環(huán)（R-loop）是一種由DNA:RNA雜合鏈和單鏈DNA組成的特殊染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，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(guān)鍵的生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要功能，包括染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、DNA損傷修復(fù)以及基因組穩(wěn)定性等，但其精確調(diào)控機(jī)制尚不清楚。m6A修飾作為信使RNA上豐度最高的修飾類(lèi)型，廣泛參與哺乳動(dòng)物的發(fā)育、免疫、干細(xì)胞更新、脂肪分化、以及腫瘤生成和轉(zhuǎn)移等生命過(guò)程。然而，目前尚不清楚m6A是否能作為R-loop中RNA組分來(lái)特異調(diào)控R-loop水平，進(jìn)而發(fā)揮各種生物學(xué)功能。
近期，我院孫前文課題組與中科院北京基因組研究所楊運(yùn)桂課題組、任捷課題組合作研究發(fā)現(xiàn)m6A能穩(wěn)定R-loop的形成，進(jìn)而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的有效終止。這一成果以“m6A通過(guò)穩(wěn)定R環(huán)進(jìn)而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄正常終止”（m6A promotes R-loop formation to facilitate transcription termination）為題于10月12日在線(xiàn)發(fā)表于《細(xì)胞研究》（Cell Research）雜志（DOI: 10.1038/s41422-019-0235-7）。
研究團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)斑點(diǎn)分子雜交和免疫熒光技術(shù)，發(fā)現(xiàn)敲低m6A甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3顯著降低R-loop水平，且該調(diào)控作用依賴(lài)于METTL3甲基轉(zhuǎn)移酶活性。隨后，團(tuán)隊(duì)成員利用高效液相色譜聯(lián)合質(zhì)譜技術(shù)，發(fā)現(xiàn)相較于染色體結(jié)合的RNA（caRNA），R-loop的RNA組分中的m6A修飾更加富集。進(jìn)一步利用基于單鏈DNA建庫(kù)的DNA:RNA雜合鏈免疫共沉淀高通量測(cè)序技術(shù)（ssDRIP-seq），研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)下調(diào)的R-loop主要富集在轉(zhuǎn)錄終止區(qū)域，且R-loop水平變化程度與m6A的距離和修飾水平相關(guān)。為了探索m6A-R環(huán)調(diào)控的功能，研究團(tuán)隊(duì)繪制了RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)的高分辨率圖譜，并在MYC、ACTIN基因上進(jìn)行多種轉(zhuǎn)錄活性檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)m6A促進(jìn)R環(huán)形成是轉(zhuǎn)錄終止階段的關(guān)鍵步驟，可以防止RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄通讀。最后，團(tuán)隊(duì)成員構(gòu)建了針對(duì)轉(zhuǎn)錄通讀的報(bào)告基因系統(tǒng)，通過(guò)m6A修飾位點(diǎn)的突變進(jìn)一步證實(shí)m6A對(duì)于R-loop形成及轉(zhuǎn)錄終止的關(guān)鍵作用。
該研究發(fā)現(xiàn)了m6A甲基化修飾的共轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能，揭示了RNA甲基化修飾對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，以及R-loop結(jié)構(gòu)中的RNA組分被修飾后對(duì)其自身穩(wěn)態(tài)的調(diào)控機(jī)制，闡釋了m6A通過(guò)穩(wěn)定R-loop而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄正常終止的現(xiàn)象，為進(jìn)一步研究m6A與R-loop的調(diào)控機(jī)制和相應(yīng)生物學(xué)功能研究提供基本的技術(shù)和理論支撐。
中科院北京基因組所研究員楊運(yùn)桂、清華大學(xué)生命學(xué)院研究員孫前文以及中科院北京基因組所研究員任捷為本文的共同通訊作者。楊運(yùn)桂課題組楊鑫博士、博士生劉倩蘭、孫前文課題組徐煒博士以及楊運(yùn)桂課題組碩士生張益暢為該論文共同第一作者。該研究獲得了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃以及生命科學(xué)聯(lián)合中心等支持。
m6A甲基化修飾調(diào)控R-loop的形成及轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制
論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41422-019-0235-7
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