m6A 甲基化研究方法
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rna甲基化修饰m6a测序技术RNA甲基化修饰是一种重要的RNA修饰方式,可以通过改变mRNA 的稳定性、转录、剪接和翻译等过程,从而影响基因表达。
其中,N6-甲基腺嘌呤(m6A)是RNA甲基化修饰中最常见和最重要的一种,它广泛存在于多种RNA分子中,包括mRNA、tRNA、rRNA和miRNA等。
m6A 修饰对RNA的功能和稳定性起着重要的调节作用,因此对m6A修饰进行研究具有重要的生物学意义。
近年来,由于测序技术的发展和进步,m6A测序技术成为对RNA甲基化修饰进行研究的重要手段之一。
m6A测序技术可以帮助科研人员全面了解m6A修饰的分布、富集程度和调控机制,从而深入探究其在基因调控中的作用。
本文将从m6A修饰的分析原理、测序技术的发展和应用以及相关研究进展等方面进行探讨。
一、m6A修饰的分析原理m6A修饰是通过在RNA中的特定腺嘌呤位置上添加甲基基团而形成的,它的富集程度和分布在RNA序列中具有一定的规律性。
研究人员可以利用化学方法、抗体识别和测序技术等手段对m6A修饰进行分析和检测。
1.化学方法:通过对RNA分子进行化学修饰,如碱水解、亲核取代反应等,可以使m6A修饰的位置发生改变,从而可以通过质谱等方法对修饰的位置和丰度进行分析。
2.抗体识别:利用特异性抗体对m6A修饰进行识别和富集,然后通过免疫沉淀、免疫共沉淀等方法将修饰的RNA分子分离和富集;3.测序技术:利用高通量测序技术对m6A修饰进行精准测序和定量分析。
随着测序技术的发展和改进,m6A测序技术的应用也日益广泛,它可以快速、高效地对RNA的m6A修饰进行全基因组或转录组水平的分析。
二、m6A测序技术的发展和应用m6A测序技术的发展主要经历了以下几个阶段:1. RNA甲基化修饰测序:最初的m6A测序技术是通过结合RNA甲基化修饰的特性,利用RNA甲基化特异性结合蛋白,如鼠标m6A抗体,对修饰的RNA进行免疫沉淀,然后利用RNA测序技术对修饰的RNA进行测序分析。
m6A,RNA甲基化研究文献分享RNA甲基化的综合分析揭示了其在3’UTR和近终止密码子处富集Comprehensive Analysis of mRNA Methylation Reveals Enrichment in 3' UTRs and Near Stop Codons众所周知,基因组DNA和组蛋白上存在可逆的表观遗传修饰,这些修饰可调控基因的表达,并由此决定细胞的状态,影响细胞的分化和发育。
近年来人们又发现,除了传统表观遗传修饰外,mRNA和其它RNA上也存在这一类修饰,发挥着固定的生理学功能。
RNA甲基化在近几年成为研究领域的热点。
RNA甲基化(RNA methylation)是一类新认知的表观遗传修饰,在真核生物中主要包括 6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine,m6A)和 5-甲基胞嘧啶(C5-methylcytidine,m5C)两类 RNA 转录后修饰。
2012年发表在CELL杂志上的文献(Comprehensive Analysis of mRNA Methylation Reveals Enrichment in 3' UTRs and Near Stop Codons)阐述了mRNA甲基化(m6A)在3’UTR和近终止密码子富集。
Abstract肥胖风险基因FTO编码m6A去甲基化酶,表明m6A是生理过程的重要调控因子。
在此,本文提出了一种全转录组m6A定位的方法,该方法结合了m6A特异性甲基化RNA免疫沉淀和下一代测序(MeRIP-Seq)。
然后利用该方法对7676个哺乳动物基因中含有m6A 的mRNA进行了鉴定,表明m6A是一种常见的mRNA碱基修饰。
m6A修饰表现出组织特异性调节,并在整个大脑发育过程中显著增加。
并且本文发现m6A位点在3' UTRs和终止密码子附近富集,并发现了m6A残基与3' UTRs内microRNA结合位点之间的联系。
m6aseq实验方法书写全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:m6A是一种广泛存在于真核生物RNA中的甲基化修饰,它在调控基因表达、RNA稳定性和转录后修饰等生物学过程中扮演着重要的角色。
为了深入研究m6A修饰在细胞生物学中的功能和机制,科学家们采用了一系列实验方法来研究m6A修饰对RNA的影响。
m6A测序(m6A-seq)是一种高通量技术,可以用来鉴定细胞中的m6A修饰位点,并揭示m6A修饰在转录调控中的作用。
m6A测序技术的原理是利用抗m6A抗体将m6A修饰的RNA分离出来,然后通过测序技术对这些RNA进行高通量测序。
将细胞RNA 提取出来,然后使用抗m6A抗体结合m6A修饰的RNA片段,通过免疫沉淀的方式将m6A修饰的RNA片段进行富集。
接着,对富集后的RNA进行逆转录、扩增和测序,最终得到一个m6A修饰的RNA测序库。
在m6A测序实验中,需要注意以下几点:1. RNA提取:要保证RNA的质量和纯度,可以使用常规的RNA 提取试剂盒进行提取。
在提取RNA的过程中,应尽量避免RNA的降解和污染。
2. 抗m6A抗体的选择:选择合适的抗m6A抗体对m6A修饰的RNA进行免疫沉淀很重要。
一般选择具有高亲和力和特异性的抗体进行实验。
3. RNA片段富集:富集m6A修饰的RNA片段时,要注意避免非特异性结合和杂交,以保证m6A修饰的准确检测。
4. 数据分析:对测得的数据进行分析,识别m6A修饰的位点,并分析m6A修饰对RNA的表达水平和稳定性的影响。
m6A测序是一种有效的实验方法,可以帮助科学家们探究m6A修饰在RNA调控中的作用机制。
随着技术的不断改进和发展,m6A测序技术将会成为研究m6A修饰的重要工具,为我们深入了解RNA修饰的生物学功能提供有力支持。
第二篇示例:m6A是RNA上的一种痕迹性修饰,具有重要的生物学功能。
m6A位点特异性的RNA甲基化是通过一系列的蛋白质复合物来完成的,其中包括“writer”、“eraser”和“reader”这三类蛋白质。
【推荐】RNA甲基化修饰(m6A)研究技术及方案设计RNA 甲基化是表观遗传学内容的重要内容之一,其中m6A (N6-methyladenosine,6-甲基腺嘌呤,化学结构见图1)较为常见的一种修饰方式。
m6A是一种动态可逆的修饰方式,在转录后调控中发挥作用,其在调控基因表达、剪接、RNA 编辑、RNA 稳定性、控制mRNA寿命和降解、介导环状RNA翻译[1]等方面扮演重要角色,具有重要的研究意义(见图1)。
图1. 6-甲基腺嘌呤化学结构及可逆反应过程图2.动态修饰的m6A修饰及介导的生物学功能[2]m6A 甲基化修饰是由一个多蛋白复合物介导产生,目前已知这个复合物的成分包括METTL3,METTL14 和 WTAP;而负责擦除甲基化修饰基团的则由去甲基化酶FTO 和ALKBH5 所承担。
在细胞核中的HNRNPC 负责识别m6A修饰基团,并介导mRNA前体的选择性剪接。
而另外一个m6A识别蛋白 HNRNPA2B1[3] 则促进 pri-miRNA 加工成pre-miRNA。
在细胞质中,不同的 m6A 位点识别蛋白介导不同的功能。
YTHDF1 和YTHDF3[4,5]识别 m6A 修饰 mRNA,通过与起始因子及核糖体相互作用促进蛋白质翻译,eIF3识别蛋白也会直接绑定到mRNA 5’UTR 端的 m6A位点参与翻译起始。
而另外一个识别蛋白 YTHDF2 与 m6A 识别将导致 mRNA 的降解。
目前还存在其他未知的 m6A 识别蛋白,相关研究的继续开展将有利于解开 m6A 在 mRNA 运输、翻译和存储等功能的谜团。
虽然 RNA 甲基化的研究在上世纪七十年代就开始,但是由于技术上的局限一直停滞不前,直到最近几年在何川教授等团队的带领下,通过不断的技术创新和难点攻克,m6A 等甲基化修饰的研究才不断取得突破性的研究成果。
关于 m6A 的研究方向,主要涉及 m6A 本身的修饰过程涉及的甲基化酶和去甲基化酶,以及m6A识别蛋白。
m6A甲基化及预测方法工具总结DNA、RNA和蛋白三个层面的可逆修饰示意图(Fu et al. Nature Reviews Genetics, 2014)DNA和蛋白存在各种修饰,RNA也不例外,目前已知的RNA修饰已经超过上百种。
RNA根据编码性可分为编码RNA(protein-coding RNA)和非编码RNA(noncoding RNA)两大类,这些RNA转录后会发生各种修饰,包括N6-腺苷酸甲基化(N6-methyladenosine,m6A)、胞嘧啶羟基化(m5C)、N1-腺苷酸甲基化(m1A)等等。
m6A甲基化是真核生物RNA中最常见的一种转录后修饰,大约占到了RNA甲基化修饰的80%左右。
真核生物中mRNA的各种化学修饰(Roundtree et al. Cell, 2017)m6A甲基化和去甲基化(A)及对下游protein-RNA相互作用的影响(B)(Roundtree et al. Cell, 2017)近几年来,RNA甲基化逐渐当今最热门的研究领域之一。
因为m6A甲基化的功能至关重要,其异常会与各种疾病的发生、发展密切相关,包括肿瘤或癌症、各种神经性疾病、胚胎发育迟缓等。
关于RNA甲基化的文章现在呈现出来了井喷式增长,很多都是发在Nature,Science, Cell等顶级期刊上。
m6A甲基化的生物学通路及相关功能(Lee et al. Cell, 2014)既然m6A甲基化具有这么重要的功能,且现在研究非常火爆,那我们是否可以预测RNA中的哪些位点会发生潜在的m6A甲基化呢,然后再决定是否有必要继续做相应的实验来验证呢。
答案是肯定的!接下来,我们就讲一下有哪些软件或在线工具可以直接根据序列就预测RNA中潜在的m6A甲基化位点。
目前,已经有多个工具相继被开发出来预测RNA中的m6A甲基化位点,这些工具按文章发表时间顺序主要有(更多精彩请关注微信公众号:AIPuFuBio):1. iRNA-Methyl软件地址:/server/iRNA-Methyl发表文章:Chen et al. iRNA-Methyl: Identifying N(6)-methyladenosine sites using pseudo nucleotide composition. Analytical Biochemistry,20152. SRAMP软件地址:/sramp/发表文章:Zhou et al. SRAMP: prediction of mammalian N6-methyladenosine (m6A) sites based on sequence-derived features. Nucleic Acids Research, 20163. iRNAm5C-PseDNC软件地址:/iRNAm5C-PseDNC发表文章:Qiu et al. iRNAm5C-PseDNC: identifying RNA 5-methylcytosine sites by incorporating physical-chemical properties into pseudo dinucleotide composition. Oncotarget, 20174. M6AMRFS软件地址:/M6AMRFS/发表文章:Qiang et al. M6AMRFS: Robust Prediction of N6-Methyladenosine Sites With Sequence-Based Features in Multiple Species. Frontiers in Genetics, 20185. M6APred-EL软件地址:/M6APred-EL/发表文章:Wei et al. M6APred-EL: A Sequence-Based Predictor for Identifying N6-methyladenosine Sites Using Ensemble Learning. Molecular Therapy: Nucleic Acids, 20186. DeepM6ASeq软件地址:https:///rreybeyb/DeepM6ASeq发表文章:Zhang et al. DeepM6ASeq: prediction and characterization of m6A-containing sequences using deep learning. BMC Genomics, 2018上面的这些软件可以预测RNA中的m6A甲基化位点,那么如何进一步注释m6A甲基化的功能呢?具体可用如下工具:软件名称:m6Acomet软件地址:/biologicalsciences/m6acomet 发表文章:Wu et al. m6Acomet: large-scale functional prediction of individual m6 A RNA methylation sites from an RNA comethylation network. BMC Bioinformatics, 2019所以,大家如果对某条或某些RNA感兴趣,只需找到对应的RNA 碱基序列,就可以利用本文中的提到的6款软件来预测RNA序列中潜在的m6A甲基化位点。
rna的m6a甲基化水平
RNA的m6A甲基化水平指的是RNA分子上6-甲基腺嘌呤(m6A)
的数量或比例。
m6A甲基化是一种RNA修饰形式,可以通过甲基转移酶(methyltransferase)在RNA分子上添加甲基基团,以形成m6A修饰。
m6A修饰在调控RNA转录后修饰过程中起重要作用,影响RNA的转录、剪接、稳定性和翻译等。
m6A甲基化水平的检测方法包括甲基化特异性高通量测序(m6A-seq)和甲基化特异性抗体的免疫沉淀等。
通过这些方法可以确定RNA
分子上m6A修饰的位置和数量,进而了解m6A甲基化在特定生物过程
中的动态调控情况。
不同细胞类型、组织以及生物发育过程和疾病状态下,RNA的
m6A甲基化水平可能会发生变化。
例如,在胚胎发育、神经系统发育和干细胞的分化等过程中,m6A甲基化的动态调控对于维持正常发育和功能的实现至关重要。
同时,一些研究表明m6A甲基化异常与多种癌症、神经系统疾病和代谢性疾病的发生发展相关。
总之,RNA的m6A甲基化水平是调控RNA生物学功能的重要因素,对于了解细胞生理和疾病发生机制具有重要意义。
m6a甲基化分析流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
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在进行 m6a 甲基化分析之前,首先要做好充分的样本准备工作。
RNA甲基化修饰(m6A)研究思路及方案设计RNA甲基化修饰约占所有RNA修饰的60%以上,而N6-甲基腺嘌呤(N6—methyladenosine, m6A)是高等生物mRNA和lncRNAs上最为普遍的修饰。
目前发现microRNA,circRNA, rRNA, tRNA 和snoRNA上都有发生m6A 修饰. m6A修饰主要发生在RRACH序列中的腺嘌呤上,其功能由“编码器(Writer)”、“消码器(Eraser)”和“读码器(Reader)”决定[1]。
“编码器(Writer)"即甲基转移酶,目前已知这个复合物的成分有METTL3,METTL14, WTAP和KIAA1429;而ALKBH5和FTO作为去甲基酶(消码器)可逆转甲基化;m6A由m6A结合蛋白识别,目前发现m6A结合蛋白(读码器)有YTH结构域蛋白(包括YTHDF1, YTHDF2, YTHDF3,YTHDC1和YTHDC2)和核不均一蛋白HNRNP家族(HNRNPA2B1和 HNRNPC)。
m6A酶系统METTL3是早先被鉴定为结合SAM的组件,其缺失引起小鼠胚胎干细胞、Hela细胞和HepG2 细胞中m6A peaks 的减少.METTL3及其同源蛋白METTL14定位在富含剪切因子的细胞核内亚细胞器-核小斑(Nuclear speckle)上,显示m6A修饰可能和RNA的剪切加工相关.WTAP与METTL3–METTL14 二聚体相互作用,并共定位于核小斑,影响甲基化效率,参与mRNA剪。
而KIAA1429作为候选的甲基转移酶复合体的新亚基,是整体甲基化进程所必须的[2].FTO是ALKB家族的成员,作为第一个被发现的去甲基酶,可影响剪切因子SRSF2的RNA 结合能力,进而调控pre-mRNA的剪切加工过程[3].目前已发现FTO调节异常与肥胖、大脑畸形和生长迟缓相关,揭示m6A可能对这些疾病具有重要的调节功能[4-6]。
癌细胞中M6A甲基化修饰的研究在癌症发病机制的研究中,M6A甲基化修饰一直备受关注。
该修饰可以影响mRNA的稳定性、转运和翻译效率,从而调控基因表达级别,影响细胞生长和转化。
因此,在癌细胞中的M6A甲基化修饰的研究引起了广泛的兴趣。
近年来,许多研究人员致力于探索M6A修饰酶在癌症中的作用。
这些酶可以在RNA的腺嘌呤位置添加或去除CH3甲基,从而调节RNA的功能。
一些该类酶的表达量在癌症中得到显著改变,因此,M6A修饰酶成为癌症治疗的新目标。
在细胞周期中,M6A啮合酶和去甲基化酶之间的平衡可以影响胚胎干细胞的维持和癌细胞的侵袭性。
当M6A啮合酶活性过高时,会导致过度的M6A甲基化,从而阻碍细胞分裂和增殖。
当去甲基化酶活性过高时,则会导致RNA的降解和癌细胞的增殖和转移。
除了M6A修饰酶外,一些其他的机制和分子也被发现可以调节M6A甲基化修饰在癌症中的作用。
例如,一些microRNA可以通过调节M6A修饰酶来影响癌细胞生长和转化。
此外,许多环境因素和信号通路也可以影响M6A修饰的动态平衡。
虽然M6A甲基化修饰在癌症中的作用还没有被完全阐明,但研究人员已经在该领域取得了一些重要的进展。
例如,一些研究人员将M6A甲基化的状态作为预测肿瘤患者预后的标志,开发出了一种名为Prognoscan的在线工具,以便医生为患者提供更好的治疗选择。
总之,M6A甲基化修饰在癌症中的作用十分复杂,需要进一步的深入研究。
这种修饰不仅影响基因表达水平,还可以影响RNA 的功能和稳定性,因此,在未来的研究中,需要更多地关注M6A 甲基化修饰并进一步探索其在癌症中的作用机制。
腺嘌呤甲基化含量在2‰左右,基因组中20%的基因和14%的TE序列存在6mA 修饰,修饰主要富集于基因间区(Zhou et al., 2018)。
随着水稻基因组测序的完成,以及各种水稻的信息数据库不断的充实,结合生物信息学技术的快速发展,均为水稻在m6A修饰方面的研宄奠定基础。
同时水稻是对环境胁迫极为敏感的作物,如高盐、低温和干旱等,在水稻发育的不同时期处于逆境胁迫都会对水稻造成不同程度的损害。
水稻盐胁迫会对水稻产量造成严重的减产,因此通过研宄水稻盐胁迫的响应机制,进一步解析其表观调控机理,对于提高水稻耐盐性具有重要的参考意义。
2、研究方案:根据本课题的研究内容,拟采取如下研究方案:2.1实验材料2.1.1 叶片材料与生长条件本研宄所用的材料为水稻梗稻品种(Oryza sativa L.ssp. japonica)日本晴Nipponbare, 在光照培养箱(光12h, 30℃;暗12h, 25℃),正常生长2周的水稻幼苗取出,剪去根须,分别在正常条件(无盐胁迫)和不同盐胁迫条件下(50mM、100mM、150mM)取样:将正常条件和盐胁迫处理条件下的水稻幼苗叶片用剪刀全部剪下收集置于液氮冷冻后-80℃保存。
2.2实验方法2.2.1LC-MS/MS法检测正常和盐胁迫下水稻叶片mRNA整体m6A水平首先使用TRIzol提取完Total RNA后,然后使用oligodT磁珠对mRNA进行富集;使用核酸酶P1(Nuclease P1)将RNA从单链消化成单个碱基。
然后加入碱性磷酸酶和碳酸氢铵后孵育数小时,将样本注射入液相色谱仪,根据出峰的保留时间面积计算各个碱基的含量;质谱串联分析,单个核糖核苷酸会被离子化,同时被打断成五碳糖和嘧啶或嘌呤,最后根据出峰的保留时间计算m6A的面积。
最后根据m6A和总腺嘌呤的比例就能算出m6A在mRNA上整体的甲基化程度。
图1.完整的m6A-seq/MeRIP-seq建库实验加分析步骤流程图如图1所示,第一步先对mRNA进行片段化,接下来使用带有m6A抗体的免疫磁珠对发生m6A甲基化的mRNA片段进行富集,然后将富集到的mRNA片段纯化后构建高通量测序文库进行上机测序。
RNA甲基化修饰(m6A)研究思路及方案设计RNA甲基化修饰约占所有RNA修饰的60%以上,而N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine, m6A)是高等生物mRNA和lncRNAs上最为普遍的修饰。
目前发现microRNA,circRNA, rRNA, tRNA 和snoRNA上都有发生m6A修饰。
m6A修饰主要发生在RRACH序列中的腺嘌呤上,其功能由“编码器(Writer)”、“消码器(Eraser)”和“读码器(Reader)”决定[]。
“编码器(Writer)”即甲基转移酶,目前已知这个复合物的成分有METTL3,METTL14, WTAP和KIAA1429;而ALKBH5和FTO作为去甲基酶(消码器)可逆转甲基化;m6A由m6A结合蛋白识别,目前发现m6A结合蛋白(读码器)有YTH结构域蛋白(包括YTHDF1, YTHDF2, YTHDF3,YTHDC1和YTHDC2)和核不均一蛋白HNRNP家族(HNRNPA2B1和HNRNPC)。
m6A酶系统METTL3是早先被鉴定为结合SAM的组件,其缺失引起小鼠胚胎干细胞、Hela细胞和HepG2 细胞中m6A peaks的减少。
METTL3及其同源蛋白METTL14定位在富含剪切因子的细胞核内亚细胞器-核小斑(Nuclear speckle)上,显示m6A修饰可能和RNA的剪切加工相关。
WTAP与METTL3–METTL14 二聚体相互作用,并共定位于核小斑,影响甲基化效率,参与mRNA剪。
而KIAA1429作为候选的甲基转移酶复合体的新亚基,是整体甲基化进程所必须的[]。
FTO是ALKB家族的成员,作为第一个被发现的去甲基酶,可影响剪切因子SRSF2的RNA结合能力,进而调控pre-mRNA的剪切加工过程[]。
目前已发现FTO调节异常与肥胖、大脑畸形和生长迟缓相关,揭示m6A可能对这些疾病具有重要的调节功能[]。
ALKBH5是ALKB家族中被发现具有去甲基作用的另一个成员,以RNase A 敏感的方式与核小斑共定位,它可直接催化m6A-甲基化腺苷去除甲基而不同于FTO的氧化去甲基化[]. 此外,ALKBH5和它的去甲基化活性影响新生mRNA合的成和剪切效率[],且ALKBH5敲除雄性小鼠表现出精子发生异常,这可能是精子发生相关基因表达改变的结果[]。
m6A mRNA修饰执行其功能主要通过两个途径:精细调控甲基化转录本的结构,以阻止或诱使蛋白-RNA 相互作用;或被直接由m6A 结合蛋白识别,诱发后续反应。
目前一类含有YTH功能结构域的蛋白被鉴定为m6A修饰的结合蛋白。
其中YTHDF1, YTHDF2, YTHDF3,YTHDC1和YTHDC2己被证实是m6A的结合蛋白.YTHDF1主要影响m6A修饰基因的翻译,YTHDF2主要影响m6A修饰基因的降解,而YTHDC1结合m6A修饰的基因后影响其剪接。
HNRNPC是一种丰富的核RNA结合蛋白,参与pre-mRNA的加工[],且研究表明HNRNPC通过m6A与RNA结合调控目标转录本的丰度和选择性剪切[].图1 m6A修饰的酶系统[]m6A生物学功能越来越多的证据表明m6A修饰在哺乳动物中发挥重要的生物功能。
例如,在转录后水平上调控RNA的稳定性[]、定位[]、运输、剪切[]和翻译[]。
Claudio R. 等发现依赖METTL3的pri-miRNA甲基化,会促进DGCR8识别和加工,从而促进microRNA的成熟[]。
此外,m6A识别蛋白HNRNPA2B1促进pri-miRNA 加工成pre-miRNA []。
另外,环状RNA 上m6A的修饰能促进环状RNA的翻译[]。
m6A修饰在基因表达调控中起着重要的作用,其调控机制的异常可能与人类疾病或癌症相关。
目前发现m6A可能会影响精子发育(ALKBH5,METTL3,Ythdc2)、发育(METTL3、FTO、ALKBH5)、免疫(METTL3)、UV诱导的DNA损伤反应(METTL3,FTO)、肿瘤生成(YTHDF2)或转移(METTL14)、干细胞更新(METTL14)、脂肪分化(FTO)、生物节律、细胞发育分化、细胞分裂及其它的一些生命过程。
例如,ALKBH5敲除的雄性小鼠增加了mRNA中的m(6)A修饰,其特点是凋亡影响减数分裂中期的精子细胞,引起生育能力受损[]。
METTL3和METTL14增加弱精症精子的m6A水平[],在生殖细胞中,METTL3的敲除严重抑制精子分化和减数分裂的发生,转录组和m6A分析显示精子发生相关基因的表达和选择性剪接发生了改变[]。
YTHDC2可促进靶基因的翻译效率,并降低其mRNA的丰度,在精子发生过程中起关键作用。
当减数分裂开始时YTHDC2表达上调,YTHDC2敲除小鼠的生殖细胞没有经过偶线期的发育导致小鼠不育[]。
在DNA损伤反应中,METTL3可促进DNA聚合酶κ(Pol κ)与核酸剪切修复途径快速定位到UV引起的DNA损伤位点,当缺失METTL3时,细胞无法迅速修复UV照射引起的突变,并且对UV照射更加敏感[25]。
在淋巴细胞性小鼠过继转移模型中,Mettl3缺陷通过影响mRNA m6A修饰,降低SOCS家族mRNA衰减,增加mRNA 和蛋白表达水平,从而抑制IL-7介导的STAT5活性和T细胞内稳态增殖和分化,进而抑制肠炎的发生[]。
在肝癌中,METTL14 通过调控pri-miRNA的m6A修饰,影响MiR-126的生成加工,从而抑制肝癌的转移[]。
在乳腺癌细胞中,低氧刺激能促进依赖低氧诱导因子HIF的ALKBH5的表达,而ALKBH5过表达降低了NANOG mRNA的m6A修饰,从而稳定mRNA提高NANOG的表达水平,最终增加乳腺癌干细胞所占的比例[]。
此外,低氧诱导乳腺癌细胞中依赖ZNF217的NANOG 和KLF4 的mRNA m6A甲基化抑制,且ALKBH5敲除显著降低免疫缺陷小鼠乳腺癌的肺转移[]。
在肺癌中,METTL3能够促进肺腺癌细胞的生长、生存和侵袭,但还不清楚它是否作为m6A 调节器或效应器发挥作用[]。
在急性髓细胞白血病(AML)患者中,m (6) A 调控基因的突变或拷贝数变化与TP53 突变存在密切联系,且m (6) A 调控基因的改变与AML不良预后相关[]。
此外,FTO在AML 中高表达,它通过降低mRNA转录本中的m(6)水平,调节ASB2和RARA等靶点的表达,增强了白血病癌基因介导的细胞转化和白血病形成,并抑制全反式维甲酸(ATRA)诱导的AML细胞分化[]。
在脂肪形成过程中,FTO表达与m6A水平成负相关,促进脂肪形成[]。
在胶质细胞瘤样细胞中,ALKBH5通过lncRNA FOXM1介导FOXM1基因pre-mRNA上的m6A修饰维持胶质瘤细胞的成瘤性[]。
此外,甲基转移酶METTL3或METTL14的敲除,能够改变m6A的富集和ADAM19的表达,极大地促进了胶质瘤细胞的生长、自我更新和肿瘤形成[]。
图2 m6A RNA修饰和介导的功能[]m6A 的研究方向(1)主要是通过研究m6A修饰相关的甲基化、去甲基化酶和识别蛋白的功能,进而研究m6A修饰的生物学功能和作用机制:一般通过敲除m6A酶分子,研究下游功能基因分子的表达和m6A甲基化情况,通过介导相关基因异常(可变剪切、稳定性、翻译、miRNA 调控)影响细胞表型和功能特征。
(2)m6A修饰图谱构建及作用机制:通过m6A甲基化测序(MeRIP-Seq, miCLIP)构建疾病细胞模型或者发病组织的m6A 修饰谱,分析m6A的motif, peaks数量及分布,Peak 关联基因的特征,联合RNA-seq研究m6A甲基化与表达的关系。
m6A研究思路m6A研究方案方案一疾病样本VS 正常样本RNA-seq MeRIP-seq1.m6A修饰图谱分析2.m6A修饰差异基因分析3.差异表达基因m6A修饰特征分析4.差异表达基因关联分析MeRIP-PCR、qPCR验证方研究案例研究案例一(m6A修饰图谱分析)Berulava T, Rahmann S, Rademacher K, Klein-Hitpass L, Horsthemke B: N6-adenosine methylation in MiRNAs. PLoS One 2015, 10(2):e0118438.在许多不同种类的RNA中,都已观察到N6 -腺苷(m6A)的甲基化,但其在microRNAs中还没有被研究。
研究者在FTO1C1, FTO2D4 和FTO3C3细胞系中,通过敲除m6A甲基转移酶FTO筛选到表达差异的microRNA,说明miRNA受m6A甲基化的调控。
进一步通过MeRIP-Seq发现相当一部分的microRNA 具有m6A修饰。
通过motif分析,他们发现了区分甲基化和非甲基化microRNA的一致序列。
该文章所述的表观遗传修饰在基因表达的转录后调控的复杂性上增加了一个新的层次。
图1 FTO敲除对甲基化的miRNAs的稳定状态的影响。
研究案例二(机制研究)IF=13.2Ma JZ, Yang F, Zhou CC, Liu F, Yuan JH, Wang F, Wang TT, Xu QG, Zhou WP, Sun SH: METTL14 suppresses the metastatic potential of hepatocellular carcinoma by modulating N6 -methyladenosine-dependent primary MicroRNA processing. Hepatology 2017, 65(2):529-543.m6A修饰已被证明具有重要的生物学功能,但其在癌症上的作用还未得到较好的研究。
为探索m6A修饰是否参与肝癌的调控,作者利用试剂盒检测发现m6A整体甲基化在肝癌下调,分离RNA做m6A免疫印迹验证m6A水平在肝癌中下调。
为研究哪些因子导致m6A在肝癌的下调,作者在20例肝癌及癌旁中检测m6A甲基化酶和去甲基酶的表达,发现METTL14在肝癌显著下调,进一步通过130例病人分析发现METTL14作为肝癌预后因子,细胞实验发现其敲除可增强肝癌转移。
接下来作者研究METTL14抑制肝癌转移的机制,由于已有研究显示m6A修饰能够增强DGCR8蛋白识别pri-miRNAs,促进miRNAs的成熟,因此作者在METTL14敲除细胞中检测miRNA和pri-miRNAs的表达,发现miR-126下调。
通过免疫沉淀反应发现METTL14与DGCR8依赖RNA相互作用,且CLIP实验显示DGCR8与m6A-RNA相互作用且敲除METTL14后结合作用降低,说明METTL14通过m6A修饰促进DGCR8识别pri-miR-126. 最后细胞实验证明MiR-126能够回复METTL14的肝癌细胞转移抑制功能,证明了METTL14通过m6A修饰促进miR-126加工,从而抑制肝癌细胞转移。