清華生命學院孫前文課題組參與研究揭示RNA甲基化調控R-loop形成及轉錄終止
R環(huán)（R-loop）是一種由DNA:RNA雜合鏈和單鏈DNA組成的特殊染色質結構，在原核和真核生物的基因組中分布廣泛且普遍存在。R-loop在很多關鍵的生物學過程中發(fā)揮重要功能，包括染色質修飾、轉錄調控、DNA損傷修復以及基因組穩(wěn)定性等，但其精確調控機制尚不清楚。m6A修飾作為信使RNA上豐度最高的修飾類型，廣泛參與哺乳動物的發(fā)育、免疫、干細胞更新、脂肪分化、以及腫瘤生成和轉移等生命過程。然而，目前尚不清楚m6A是否能作為R-loop中RNA組分來特異調控R-loop水平，進而發(fā)揮各種生物學功能。
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，進而調控基因轉錄的有效終止。這一成果以“m6A通過穩(wěn)定R環(huán)進而促進轉錄正常終止”（m6A promotes R-loop formation to facilitate transcription termination）為題于10月12日在線發(fā)表于《細胞研究》（Cell Research）雜志（DOI: 10.1038/s41422-019-0235-7）。
研究團隊首先通過斑點分子雜交和免疫熒光技術，發(fā)現(xiàn)敲低m6A甲基轉移酶METTL3顯著降低R-loop水平，且該調控作用依賴于METTL3甲基轉移酶活性。隨后，團隊成員利用高效液相色譜聯(lián)合質譜技術，發(fā)現(xiàn)相較于染色體結合的RNA（caRNA），R-loop的RNA組分中的m6A修飾更加富集。進一步利用基于單鏈DNA建庫的DNA:RNA雜合鏈免疫共沉淀高通量測序技術（ssDRIP-seq），研究團隊發(fā)現(xiàn)下調的R-loop主要富集在轉錄終止區(qū)域，且R-loop水平變化程度與m6A的距離和修飾水平相關。為了探索m6A-R環(huán)調控的功能，研究團隊繪制了RNA聚合酶轉錄位點的高分辨率圖譜，并在MYC、ACTIN基因上進行多種轉錄活性檢測，發(fā)現(xiàn)m6A促進R環(huán)形成是轉錄終止階段的關鍵步驟，可以防止RNA聚合酶的轉錄通讀。最后，團隊成員構建了針對轉錄通讀的報告基因系統(tǒng)，通過m6A修飾位點的突變進一步證實m6A對于R-loop形成及轉錄終止的關鍵作用。
該研究發(fā)現(xiàn)了m6A甲基化修飾的共轉錄調控功能，揭示了RNA甲基化修飾對染色質結構的影響，以及R-loop結構中的RNA組分被修飾后對其自身穩(wěn)態(tài)的調控機制，闡釋了m6A通過穩(wěn)定R-loop而促進轉錄正常終止的現(xiàn)象，為進一步研究m6A與R-loop的調控機制和相應生物學功能研究提供基本的技術和理論支撐。
中科院北京基因組所研究員楊運桂、清華大學生命學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家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委、清華大學自主科研計劃以及生命科學聯(lián)合中心等支持。
m6A甲基化修飾調控R-loop的形成及轉錄終止機制
論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41422-019-0235-7
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