近日，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院陳捷凱課題組研究發(fā)現(xiàn)RNA m⁶A修飾調(diào)控異染色質(zhì)形成的新機(jī)制，闡明RNA m⁶A閱讀器YTHDC1在這一機(jī)制中的關(guān)鍵作用：抑制基因組中廣泛分布的ERVK、IAP、LINE1等轉(zhuǎn)座元件，限制胚胎干細(xì)胞向全能性干細(xì)胞轉(zhuǎn)化，相關(guān)研究論文以The RNA m⁶A reader YTHDC1 silences retrotransposons and guards ES cell identity為題于北京時(shí)間3月4日發(fā)表在Nature上。

　　RNA上的N6-腺苷酸甲基化（m⁶A）是mRNA上最豐富的RNA修飾，YTH結(jié)構(gòu)域是已知的能夠特異性識(shí)別m⁶A的結(jié)構(gòu)域，因此RNA m⁶A可通過被含YTH結(jié)構(gòu)域的閱讀器蛋白（reader）識(shí)別進(jìn)而參與各種生物學(xué)功能。通過基因敲除實(shí)驗(yàn)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，m⁶A催化酶METTL3敲除的小鼠在E8.5前就胚胎致死，而大部分m⁶A閱讀器基因的敲除并不導(dǎo)致胚胎致死，包括三個(gè)分布在細(xì)胞質(zhì)中主要參與mRNA調(diào)控的YTH基因（Ythdf1-3），只有分布在細(xì)胞核中的Ythdc1敲除后會(huì)出現(xiàn)早期的胚胎致死，提示m⁶A可能具有與YTHDC1有關(guān)的其他尚不清楚的重要生物學(xué)功能。   

　　由于文獻(xiàn)中至今尚未報(bào)道能夠建立Ythdc1敲除的胚胎干細(xì)胞系，陳捷凱課題組運(yùn)用條件敲除策略，針對(duì)編碼YTH結(jié)構(gòu)域重要部分的Ythdc1外顯子7-9進(jìn)行條件性敲除，發(fā)現(xiàn)敲除后細(xì)胞增殖能力迅速下降，基因表達(dá)譜出現(xiàn)2C-like（2C指受精卵卵裂后的二細(xì)胞期，小鼠在這一階段啟動(dòng)合子基因組激活）的特征基因激活和逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座元件激活。胚胎干細(xì)胞屬于多能性干細(xì)胞，在小鼠胚胎發(fā)育中與囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM）的發(fā)育階段相近，而2C-like細(xì)胞則具備全能性，多能性干細(xì)胞在培養(yǎng)中會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)少量的2C-like細(xì)胞，這一多能性-全能性的轉(zhuǎn)變過程是近年來干細(xì)胞領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，科學(xué)家希望通過了解其機(jī)制，發(fā)現(xiàn)維持全能性的可能方法。此前科學(xué)家曾發(fā)現(xiàn)RNA m⁶A調(diào)控胚胎干細(xì)胞退出多能性，這一工作進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)RNA m⁶A在全能性-多能性轉(zhuǎn)變中的調(diào)控作用。 　  

　　課題組在之前的工作中曾發(fā)現(xiàn)H3K9me3催化酶SETDB1在體細(xì)胞重編程、轉(zhuǎn)座元件抑制、全能性-多能性轉(zhuǎn)化中的重要作用（Nature Genetics 2013，Cell Reports 2020），因?yàn)楸硇鸵恢?，他們進(jìn)一步研究RNA m⁶A是否參與了SETDB1-H3K9me3的調(diào)控。 　  

　　遺傳物質(zhì)以染色質(zhì)的形式存在，其中活躍轉(zhuǎn)錄的部分為常染色質(zhì)，致密的異染色質(zhì)代表被沉默的遺傳信息。組蛋白H3K9me3是異染色質(zhì)的重要修飾，也是細(xì)胞命運(yùn)決定的重要機(jī)制。在小鼠胚胎干細(xì)胞（mES細(xì)胞）中，除了組成型異染色質(zhì)（著絲粒、端粒等），H3K9me3主要標(biāo)記遍布基因組的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（Retrotransposons）上并沉默這些區(qū)域。逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子上的H3K9me3由SETDB1負(fù)責(zé)催化，敲除SETDB1會(huì)導(dǎo)致這些元件重激活并使胚胎干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為具有全能性特征的、類似2細(xì)胞期的細(xì)胞（2C-like細(xì)胞）。但SETDB1是如何特異性地被募集到逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子區(qū)域的？目前有一些機(jī)制研究揭示，哺乳動(dòng)物進(jìn)化過程中會(huì)通過含KRAB結(jié)構(gòu)域的鋅指蛋白的進(jìn)化來特異性沉默一部分轉(zhuǎn)座元件（KRAB結(jié)構(gòu)域會(huì)通過KAP1招募SETDB1），但這個(gè)機(jī)制并不覆蓋所有各種類型的轉(zhuǎn)座元件，提示還存在未發(fā)現(xiàn)的機(jī)制。   

　　科研人員發(fā)現(xiàn)，YTHDC1能夠直接結(jié)合轉(zhuǎn)座子元件（TE）所轉(zhuǎn)錄出來的RNA上的m⁶A修飾，并招募SETDB1到相應(yīng)的染色質(zhì)位置，催化轉(zhuǎn)座元件上的H3K9me3、形成異染色質(zhì)并使這些轉(zhuǎn)座元件沉默。敲除Ythdc1，會(huì)導(dǎo)致Setdb1依賴性的H3K9me3信號(hào)大幅度下降，證明YTHDC1是SETDB1介導(dǎo)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子沉默的重要機(jī)制環(huán)節(jié)，也揭示RNA m⁶A調(diào)控染色質(zhì)的功能。 

　　論文鏈接

RNAm⁶A結(jié)合蛋白YTHDC1調(diào)控異染色質(zhì)形成