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“雨露均沾”---- RNA甲基化“搭讪”成熟miRNA又出新花样
日期:2019年10月23日    来源:云序生物
提起miRNA你是否嫌弃它是过气网红,结合UTR区调控靶基因表达量的段子是不是还在循环播放?被circRNA/lncRNA吸附建立ceRNA机制的故事你是否已经不愿复盘?没关系,云序生物教你m6A“搭讪”成熟miRNA秀出更好的你!
云序课堂讲过的故事已经说到m6A可以影响miRNA与靶基因的结合从而影响ceRNA机制建立,要么m6A发生在pri-miRNA影响miRNA的加工成熟导致成熟miRNA表达改变,甚至miRNA直接作用于重要的m6A相关酶起到调控作用。但现在小编要讲的故事才正式宣布成熟miRNA和RNA甲基化牵手成功!一项来自日本研究团队有关miRNA m6A修饰的研究结果中证明部分成熟的miRNA也会被m6A/m5C甲基化修饰,并且这部分被修饰的成熟miRNA在癌症组织当中有明显差异表达。这一研究成果让我们对这一“昨日明星”又有了新的认识!分子量不管是成千上万,还是只有22nt,甲基化修饰都会“雨露均沾”!

原文链接:Distinct methylation levels of mature microRNAs in gastrointestinal cancers.
发表日期:2019年8月29日
运用技术:
m6A MeRIP-seq
云序生物的广大朋友对m6A为代表的RNA甲基化一定不会陌生,近期有多篇文章表明有大量的编码以及非编码RNA可以被化学修饰,这种修饰对于胚胎发育以及生物分子的理化性质有重要的影响。成熟的tRNA长度为70-90nt,长度类似于miRNA前体分子,而成熟tRNA分子上大量的化学修饰来维持tRNA生物功能这一现象让研究者猜想成熟的miRNA一定也有许多化学修饰。本项研究中,作者呈现了运用MeRIP以及其他方法证明成熟miRNA上同样有不止一种甲基化修饰。

1. 癌症样本中甲基化修饰miRNA检测
作者在消化道癌细胞中分析RNA甲基化(m6A/m5C)相关的酶的改变,GEO数据分析结论显示,相比于正常组织,在胰腺癌当中METTL3和METTL14呈高表达趋势,METTL3和ALKBH5呈负相关,提示RNA甲基化水平在消化系统肿瘤当中有上调的趋势。通过LCMS的方法对不同长度小RNA的检测发现,常见的修饰m5C、m6A以及m1A占比A、C碱基1%~8%。在使用表皮生长因子刺激细胞之后发现,甲基化修饰的miRNA比例有所上升,这暗示RNA修饰是受系统性的调节的。


图1:癌症当中重要酶的变化

2. 甲基化miRNA对靶基因的抑制效果发生改变
体外合成的带有和不带有m6A或m5C修饰的miR-200c转入DICER基因5号外显子缺陷的癌症细胞细当中发现,相比于m5C修饰或不甲基化的状态,m6A修饰的miR-200c-3p不会减少靶基因mRNA的表达水平。

3. 检测甲基化修饰miRNA
基于之前的实验结果,研究者推断在消化道癌症当中甲基化修饰的miRNA很有可能作为癌症的生物标志物,m6A-IP-seq(即m6A MeRIP-seq)方法检测发现63个在4种不同消化道癌症细胞系当中均发生甲基化修饰的miRNA,当然本次研究当中作者研发了MALDI-TOF-MS,一种基于质谱的技术对这些被修饰miRNA进一步单碱基分辨检测,两种方法共同评价在胰腺癌组织当中的miRNA甲基化水平。在这些被检测到的miRNA当中,研究者发现了熟悉的身影,比如之前被研究的成熟体let-7a-5p和miR-17-5都具有m6A修饰,并且成熟体miR-21-3p和miR-200c-3p带有m5C修饰,在胰腺癌和结直肠癌当中均验证了这些miRNA具有甲基化修饰,但是这种甲基化并没有影响miRNA本身的表达量,与此同时病人血清当中这些miRNA的甲基化水平相比于正常人也同样处于较高的水平。


图2:4种不同细胞系的甲基化miRNA检测

4. 预测miRNA甲基化影响RISC复合物的结构功能
成熟miRNA到底有什么样的生物学功能?分子模拟AGO蛋白和miR-17-5p、200c-3p、let-7a-5p分别在甲基化与未甲基化的结合情况,模拟结合结果显示在甲基化化学基团附近AOG蛋白和RNA之间的结合情况有所不同,周围空间缩小并且蛋白范德华力被增强,第9位的C碱基的m5C修饰破坏了AGO蛋白220号Ser氨基酸的氢键,从而引起了AGO蛋白Arg761结合的第8个G碱基的位移,相反m6A修饰引起复合物整体结构的巨大变化(尤其是miRNA的识别区域)从而改变miRNA对靶基因的相互结合,整体来看m6A修饰降低了miRNA对靶基因mRNA翻译的抑制作用。


图3:修饰位点

5. 甲基化miRNA是消化道癌症的重要生物标志物
健康与胰腺癌病人血浆当中miRNA甲基化检测结果显示,miRNA-17-5p在胰腺癌病人样本当中都呈现高甲基化趋势,在对照中是无甲基化或者低甲基化。甲基化miRNA做胰腺癌早期诊断标志物的效果要明显优于传统标志物CA19-9和CEA,所以评价miRNA甲基化在临床上将有极大的应用价值,大样本的甲基化miRNA筛查很有可能用于临床诊断。IP类和MS类的检测手段在检测甲基化miRNA方面将得到应用。


图4:癌症甲基化miRNA临床相关性明显

在小编看来,以m6A为代表的甲基化修饰真是“雨露均沾”,不管编码蛋白的mRNA还是非编码的lincRNA、circRNA、miRNA、rRNA、tRNA分子,他们都有甲基化修饰。于此同时,甲基化又可以影响RNA分子的“一生”,从RNA分子的转录可变剪切、结构的改变到被RNA转运出核加工成熟到降解或翻译蛋白,甲基化修饰与RNA分子一生相伴。
云序生物甲基化高通量测序产品覆盖面广,无论编码RNA与非编码RNA分子的甲基化检测应有尽有,除此以外公司产品定位表观转录学,结合科研热点率先推出除m6A、m5C和m1A以外更具创新意义的m7G,ac4C和2’-O-Me高通量测序产品,真正做到了全修饰覆盖和全分子覆盖,为您提供更新更全的视角回答您关心的生物学问题。云序欢迎您的来电咨询!
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