麻錦彪課題組與北京基因組研究所合作研究揭示RNA甲基化調(diào)控斑馬魚(yú)母源mRNA穩(wěn)定性機(jī)制
斑馬魚(yú)母源-合子轉(zhuǎn)換 (maternal-to-zygotic transition, MZT)過(guò)程伴隨著母源RNA和蛋白質(zhì)的降解以及合子基因組的激活(maternal-to-zygotic transition, ZGA)。已有研究表明多種關(guān)鍵因素通過(guò)母源和合子途徑促進(jìn)母源mRNA降解，其中包括合子轉(zhuǎn)錄的microRNA miR-430，次優(yōu)密碼子的使用，N6-甲基腺苷（m6A），尿苷化等，但母源mRNA的穩(wěn)定性維持機(jī)制尚不清楚。5-甲基胞嘧啶（m5C）是一種廣泛的mRNA修飾，近期中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所楊運(yùn)桂研究組，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所劉峰研究組和復(fù)旦大學(xué)麻錦彪課題組合作發(fā)現(xiàn)，m5C通過(guò)新結(jié)合蛋白Ybx1調(diào)控母源mRNA的穩(wěn)定性，進(jìn)而調(diào)控斑馬魚(yú)母源-合子轉(zhuǎn)換及早期胚胎發(fā)育進(jìn)程。相關(guān)研究成果在8月6日以“RNA 5-methylcytosine facilitates maternal-to-zygotic transition through preventing maternal mRNA decay”為題在線發(fā)表于《分子 細(xì)胞》（Molecular Cell）雜志，其中麻錦彪課題組張萌萌碩士是共同第一作者，麻錦彪教授是共同通訊作者。
合作研究團(tuán)隊(duì)首次繪制了斑馬魚(yú)早期胚胎發(fā)育過(guò)程中RNA m5C甲基化圖譜。測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，在母源-合子轉(zhuǎn)換過(guò)程中，m5C修飾的母源mRNA比未修飾的mRNA更穩(wěn)定。利用Oligo-pulldown結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)發(fā)現(xiàn)了斑馬魚(yú)中新的m5C結(jié)合蛋白Ybx1。進(jìn)一步通過(guò)蛋白結(jié)構(gòu)解析發(fā)現(xiàn)了Ybx1傾向于通過(guò)其CSD結(jié)構(gòu)域關(guān)鍵氨基酸W45與m5C的π-π相互作用，識(shí)別m5C修飾的mRNA。功能實(shí)驗(yàn)表明，ybx1缺失導(dǎo)致早期胚胎發(fā)育阻滯在囊胚期和原腸期。通過(guò)免疫共沉淀、GST-pulldown技術(shù)和高通量測(cè)序技術(shù)，鑒定了poly(A)結(jié)合蛋白Pabpc1a為Ybx1的互作蛋白，發(fā)現(xiàn)pabpc1a缺失的胚胎表現(xiàn)出與ybx1缺失胚胎相似的表型且Ybx1靶向結(jié)合的mRNA的穩(wěn)定性顯著降低。最后，利用單基因報(bào)告系統(tǒng)證明Ybx1和Pabpc1a以m5C依賴(lài)的方式維持母源mRNA的穩(wěn)定性并最終促進(jìn)斑馬魚(yú)早期胚胎發(fā)育進(jìn)程。
該研究原創(chuàng)性地發(fā)現(xiàn)m5C修飾通過(guò)其結(jié)合蛋白Ybx1招募Pabpc1a維持母源mRNA穩(wěn)定性從而保證母源-合子轉(zhuǎn)換有序進(jìn)行的分子機(jī)制，為全面解析斑馬魚(yú)胚胎發(fā)育過(guò)程中mRNA命運(yùn)調(diào)控及細(xì)胞分化提供了重要依據(jù)。這種轉(zhuǎn)錄后修飾在其他脊椎動(dòng)物的發(fā)育過(guò)程中也可能發(fā)揮著重要作用。
圖1 在斑馬魚(yú)母源-合子轉(zhuǎn)換過(guò)程中，YBX1通過(guò)識(shí)別m5C修飾對(duì)母源mRNA穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)調(diào)控作用
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