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2018年Nature杂志重磅级突破性研究成果--m5C RNA甲基化 云序生物
日期:2018年07月09日    来源:云序生物

RNA甲基化是表观遗传学领域的研究热点,也是Nature, Science级别文章的宠儿。随着RNA甲基化研究的深入,一类新的RNA甲基化修饰方式再次掀起科学界的热点话题,它就是5-甲基胞嘧啶(m5C)RNA甲基化修饰,其在tRNA和rRNA中高丰度稳定存在。已证实其功能涉及调控干细胞应激、细胞毒性应激、mRNA出核和植物细胞发育及基因表达等方面。云序生物作为RNA甲基化研究的先驱者,也是市面上提供m5C RNA甲基化测序服务的公司。我们承接上期的m6A甲基化,继续为大家带来m5C甲基化的研究汇总。

1. Nature:m5C调控干细胞功能和压力应激       

影响因子:40.14

蛋白质合成是细胞的一个基本过程,但其在发育、干细胞和癌症中的调控作用尚不清楚。利用m5C RNA甲基化测序技术,该研究团队发现NSun2在胞嘧啶-5 (m5C)上的转录后甲基化tRNA是抑制总蛋白合成的一种新机制,从而确定了m5C RNA甲基化作为调节总蛋白合成和细胞命运的重要途径。NSun2介导的甲基化保护tRNA不被剪切成非编码的5' tRNA片段,从而促进蛋白质翻译和分化。外部应激刺激抑制NSun2的活性,导致其切割成5' tRNA片段,然后降低人类细胞中的蛋白质合成。抑制鳞状肿瘤中的转录后甲基化促进干细胞功能和肿瘤发生。然而,细胞毒性应激后需要重新激活m5C RNA甲基化途径才能退出特定的翻译抑制程序。因此,激活RNA甲基化或抑制tRNA切割对肿瘤起始细胞响应细胞毒性应激的存活至关重要。

图1. m5C RNA甲基化调控干细胞功能

2.Cell Research:m5C调控mRNA出核

影响因子:14.81

该研究团队首先利用m5C RNA甲基化测序和生物信息分析技术,揭示了mRNA m5C的分布规律,并绘制了精细的m5C修饰图谱,发现m5C主要分布于CG富集区域。通过分析对比人和小鼠不同组织,发现m5C在mRNA上的分布特征在哺乳动物中十分保守,而在不同组织中修饰的基因具有特异性。研究发现,NSUN2(Writer)蛋白是主要的mRNA m5C甲基转移酶,其活性依赖于C271和C321位点,且NSUN2功能缺失导致mRNA的出核受到抑制。进一步研究指出,出核调控蛋白ALYREF(Reader)通过第171位赖氨酸特异性结合m5C修饰位点,从而促进mRNA出核。


图2. m5C调控mRNA出核

3. Genome Biology:小鼠胚胎干细胞和脑组织中存在m5C修饰

影响因子:11.91

因斯布鲁克医科大学的研究团队利用m5C RNA甲基化测序和荧光定量技术研究发现在mRNA和非编码RNA存在大量的m5C甲基化位点,并且在不同样本中的数量和分布存在较大差异。与脑组织相比,ESCs(embryonic stem cells)中甲基化mRNA的多样性更高。GO分析表明,甲基化在高度增殖的ESCs细胞中富集,预测与细胞周期、RNA和染色质修饰有关;而在脑组织中,甲基化转录本在与离子转运和突触功能相关的类别中富集。特别在ESCs中,大多数在ESCs中被甲基化的位点在脑组织样本中没有甲基化。因此,研究人员认为可能是不同细胞类型的RNA的差异甲基化参与了调节特定RNA在转录和翻译方面的特性。  

图3.小鼠ESCs和脑组织m5C RNA甲基化比较

4. Molecular Plant:拟南芥m5C RNA甲基化谱

影响因子:9.33

中国农业科学院的谷晓峰课题组通过对拟南芥m5C RNA甲基化的探究,揭示了植物RNA甲基化调控新机制。研究人员利用RIP测序方法揭示了6045个m5C甲基化富集区在拟南芥mRNA上的分布规律。同时发现了m5C甲基转移酶并阐述了调控植物发育以及基因表达的新机制。该研究揭示了m5C作为植物基因中新的表观调控标志物,参与植物生长发育过程的调控,研究成果为进一步探究RNA甲基化调控机制及应用提供依据。

图4. RNA-seq验证基因的上调和下调

5.The Plant Cell:拟南芥mRNA和非编码RNA m5C甲基化谱

影响因子:8.23

该研究团队采用m5C RNA甲基化测序对拟南芥中m5C甲基化的转录组定量作图,结果在拟南芥三种组织类型(果实、幼芽和根)的mRNA、lncRNA和其它ncRNA中发现了1000多个m5C修饰位点。三种组织之间甲基化位点的定量差异提示m5C修饰的组织特异性。干扰RNA m5C甲基转移酶TRM4B导致mRNA和ncRNA上m5C位点丢失并降低tRNAAsp(GTC)的稳定性。研究人员还证明了m5C在植物发育中的重要性,因为trm4b突变体由于根尖分生组织中的细胞分裂减少而具有比野生型更短的初级根。另外,trm4b突变体显示对氧化应激的敏感性增加。

图5. 利用bsRNA-Seq检测拟南芥中m5C修饰水平

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