抗性基因资源与分子发育北京市重点实验室

2025年1月24日，北京师范大学生命科学学院孙林课题组在eLife上发表题为“Dynamics and regulatory roles of RNA m6A methylation in unbalanced genomes”的研究论文。研究揭示了 RNA m⁶A 修饰在不平衡基因组中的动态和调节作用，并可能为非整倍体相关发育异常和疾病的机制提供新的启示。

表观遗传修饰响应环境变化调节基因表达，并在生物体和各种人类疾病的发育中发挥重要作用。N⁶-甲基腺苷（m⁶A）是许多真核信使 RNA（mRNA）和长链非编码 RNA（lncRNA）中最普遍的内部修饰，广泛影响 RNA 选择性剪接、稳定性和翻译。研究发现，RNA m6A 修饰倾向于富集在调控发育和细胞命运特异性的基因的转录本上，并且一些m6A 位点以组织或疾病特异性的方式受到调控.此外，m⁶A 成分的异常表达与多种癌症的肿瘤发生、增殖和转移有关。因此，研究 RNA m⁶A 甲基化对于揭示基因表达调控和人类疾病的机制具有重要意义。

 

目前，对果蝇中RNA m6A修饰的研究较少，可能是由于其丰度相对较低， 且一些 m6A 组成基因的突变会影响它们的活力和生育能力。然而，作为一种具有特定遗传和发育优势的模式生物，果蝇仍然是研究表观遗传修饰在基因调控、个体发育和疾病过程中的作用的绝佳工具。果蝇 m6A 甲基转移酶复合物（Ime4、dMettl14 和 fl（2）d构成核心复合物，vir 和 nito 作为辅因子）和 m6A 阅读蛋白（Ythdc1）已被鉴定。主要甲基转移酶基因Ime4或阅读蛋白Ythdc1的缺失会导致运动缺陷，并且会影响性别决定因子Sxl的剪接。然而，fl（2）d、vir和nito的纯合突变是致命的，表明这些亚基具有甲基化以外的重要功能。果蝇中的RNA m6A修饰可能通过 MSL 复合物影响X染色体表达，在基因组失衡（即非整倍体）条件下的剂量相关效应与各种表观遗传调控机制有关。

 

为了揭示RNA m⁶A修饰在不平衡基因组中的作用，孙林课题组使用实验室保存的常染色体和性染色体非整倍体果蝇研究了遗传不平衡条件下m⁶A甲基化的动态变化和调节功能。结果显示，在基因组失衡下，m6A成分的表达发生显著变化，并影响m6A的丰度和全基因组分布，这可能与非整倍体的发育异常有关。

图 1.基因组失衡条件下 m⁶A 成员的表达模式

 

研究发现，m6A修饰在不平衡基因组中表现出显著的动态变化。通过RNA测序和m6A RNA修饰的数据分析，研究团队发现m6A修饰状态可能通过调节乙酰转移酶MOF影响H4K16Ac的沉积。此外，研究还表明，m6A修饰可能通过剂量敏感修饰因子、选择性剪接、MSL复合物等过程影响剂量依赖的基因调控。特别值得注意的是，MSL复合物与RNA m6A修饰之间存在密切关系。研究发现，MSL复合物的异位过表达，特别是通过MOF调节的H4K16Ac水平，可以影响m6A修饰的表达水平，而基因组失衡可能参与了这种相互作用。

 

图 2. RNA m6A和果蝇MSL复合体的相互作用

 

 

MOF作为MSL复合体的重要组成部分，是一种组蛋白乙酰转移酶，可以特异性地使组蛋白H4赖氨酸16位点（H4K16Ac）乙酰化，从而影响染色质结构和功能，激活转录。为了研究MOF介导的H4K16Ac对RNA m6A修饰的作用，分析了过表达MOF果蝇的RNA-seq数据，发现MOF过表达中m6A调节因子的表达发生了明显变化，几乎所有m6A调节因子的表达水平均升高。MOF过表达后，m6A调节因子在雌雄中的增加趋势并不完全相同，除Mettl3（Ime4）和dMettl14外，大多数雌性的增加更为明显。这些结果表明，MOF介导的乙酰化修饰可以以两性二态的方式对RNA m6A甲基化产生一定的影响，这可能是由于内源性MSL复合物和雄性X染色体剂量的不平衡所致。

研究团队还研究了m6A读取蛋白Ythdc1是否会影响果蝇的H4K16Ac水平。通过Western blot分析，发现Ythdc1敲低的果蝇成虫中H4K16Ac的表达模式显著上调。总体而言，虽然H4K16Ac水平的变化在果蝇幼虫和成虫之间并不一致，但这些发现表明，Ythdc1的敲低对不同发育阶段H4K16Ac的表达水平有显著影响，并暗示H4K16Ac与m6A修饰之间存在潜在的关系。

图 3.RNA m6A 修饰调节组蛋白乙酰转移酶MOF和H4K16Ac

 

该研究不仅揭示了RNA m6A修饰在不平衡基因组中的动态变化和调控作用，还为理解非整倍体相关发育异常和疾病的机制提供了新的视角。研究结果表明，RNA m6A修饰通过复杂的调控网络影响基因表达、性别二态性、发育和生存，特别是在基因组失衡的条件下，这种调控作用更为显著。

 

北京师范大学生命科学学院已毕业博士生张帅和2023级博士生王瑞雪为本文的共同第一作者。北京师范大学生命科学学院孙林副教授为本文的通讯作者。该工作得到了国家自然科学 基面上项目的资助。