title: 文獻筆記-Where, When, and How Context-Dependent Functions of RNA Methylation Writers, Readers, and Erasersinfection
date: 2019-11-22 12:00:00
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注：以前看綜述的時候，我喜歡把原文逐字翻譯為漢語，效率比較低拙徽，現(xiàn)在我就采用筆記的形式的來看綜述，按照原文的結(jié)構(gòu)瞳氓，把關(guān)鍵點記錄下來，再加上自己的理解即可。

文獻信息

Hailing Shi, Jiangbo Wei, Chuan He,Where, When, and How: Context-Dependent Functions of RNA Methylation Writers, Readers, and Erasers,Molecular Cell,Volume 74, Issue 4,2019,Pages 640-650,
ISSN 1097-2765,https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.04.025.

摘要

細胞RNA會天然地經(jīng)歷各種化學(xué)修飾翘单。這些經(jīng)化學(xué)修飾的核苷酸又賦予了其自身結(jié)構(gòu)的多樣性彩届，從而在各種有序的代謝與機體的功能方面發(fā)揮著各種調(diào)控功能伪冰，進而影響了基因的表達。隨著對回貼(mapping)位點修飾的全轉(zhuǎn)錄組測序方法的發(fā)展樟蠕，對精確修飾進行檢測和定量的高靈敏質(zhì)譜方法的進步贮聂，以及參與修飾的“效應(yīng)器”(effectors，包括各種能改變各種修飾位點的酶寨辩，例如寫入器(writers)和擦除器(erasers)和能識別化學(xué)修飾位點的讀取器(readers)）理解的加深吓懈，最近幾年有關(guān)RNA修飾的研究呈現(xiàn)暴發(fā)式地增長。然而由于RNA種類龐雜靡狞，表達水平有差異耻警，因此這給RNA修飾的研究帶來了很大的挑戰(zhàn)，另外，RNA的修飾還與細胞類型榕栏，組織特異性畔勤，以及修飾效應(yīng)器的定位有關(guān)，這又增加了研究難度扒磁。我們在這篇綜述里庆揪，重點闡述了最近幾年關(guān)于-甲基化轉(zhuǎn)換酶(m6A, )功能的研究進展，強調(diào)了環(huán)境(context)對RNA修飾調(diào)控和功能的重要性妨托。

前言

早期研究發(fā)現(xiàn)缸榛，m6A主要發(fā)生在(G/A)(m6A)C序列上。最近的研究發(fā)現(xiàn)兰伤，m6A主偏向于出現(xiàn)在終止密碼子和3'UTR上内颗，因此我們可以推斷，m6A可以影響基因的表達敦腔。
m6A途徑的效應(yīng)器(effectors)包括寫入器(writers)均澳，擦除器(erasers)和讀取器(readers)，其中寫入器往核苷酸上添加上甲基符衔，擦除器反之找前，即去掉核苷酸上的甲基，讀取器則是能夠識別那些核苷酸上含有甲基的序列判族，它們的成員如下圖的Figure 1所示：

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m6A甲基化的寫入器

m6A是通過一個復(fù)合物加到mRNA上的（Figure1）尊蚁，這個復(fù)合物有多個亞基亡笑，包括METTL3，METTL14横朋，WTAP仑乌，VIRMA，ZC3H13琴锭，HAKAI绝骚，RBM15/15B。其中包括以下成員：

• METTL3/14祠够，全稱是methyltransferase-like 3/14压汪，即甲基轉(zhuǎn)移酶3/14， 這兩個甲基轉(zhuǎn)移酶是這個復(fù)合物的核心成員古瓤，其中MELLT3起催化作用止剖，MELLT14促進復(fù)合物與RNA結(jié)合。
• WTAP落君，全稱是Wilms tumor 1-associating protein穿香，其功能是結(jié)合METTL3/14，誘導(dǎo)它們向底物招募以及定位绎速。
• VIRMA皮获，全稱是Vir like m6A methyltransferase associated，功能是將m6A與3'UTR結(jié)合纹冤。
• ZC3H13洒宝，全稱是zinc ?nger CCCH-type containing 13，功能是誘導(dǎo)寫入器復(fù)合物向核內(nèi)轉(zhuǎn)移萌京。
• RBM15/15B全稱是RNA binding motif protein 15/15B雁歌，功能是與尿嘧啶富集區(qū)域結(jié)合，促進某些RNAs的甲基化知残。

METTL3的功能

METTL3在各類細胞中的分布不同靠瞎，例如在HeLa細胞中，METTL3/METTL14會形成二聚體結(jié)構(gòu)與WTAP產(chǎn)生相互作用，然后進入細胞核形成斑點(speckle)乏盐。METTL3和WTAP中含有NLS(nuclear localization signals)佳窑，NLS的突變會導(dǎo)致復(fù)合物無法入核。METTL3還存在于一些細胞質(zhì)中父能，例如在一些癌細胞系神凑，包括HeLa，MDA-MB-231法竞，MOLM13細胞系等耙厚。還有一些情況，例如在小鼠皮質(zhì)神經(jīng)元中岔霸，METTL14位于細胞質(zhì)和細胞核⊙現(xiàn)在還不清楚為什么METTL3的定位為什么會出現(xiàn)如此差異。METTL3/METTL14的比例在不同的細胞系中也有差異呆细，這可能會影響METTL3的定位型宝。
寫入器的招募導(dǎo)致了轉(zhuǎn)錄本上的m6A的特異性，這一招募過程可能是由TF或表觀遺傳標記介導(dǎo)的絮爷，如下下圖的Figure 2所示：

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METTL3在細胞核中的作用

當(dāng)出現(xiàn)熱休克時趴酣，METTL3就會定位到染色質(zhì)的熱休克相關(guān)的基因上，m6A就會被添加到熱休克轉(zhuǎn)錄本上坑夯，從而誘導(dǎo)這些轉(zhuǎn)錄本在應(yīng)激壓力下被清除岖寞。UV誘導(dǎo)DNA破壞時，METTL3/14就會在2分鐘內(nèi)定位到UV誘導(dǎo)的損傷位點柜蜈，同時伴隨著m6A活動的增強仗谆。在人類多能干細胞的TGF-信號轉(zhuǎn)錄通路轉(zhuǎn)導(dǎo)方面，活化的SMAD2/3會與METTL3/14-WTAP相互作用淑履，誘導(dǎo)m6A添加到特定的轉(zhuǎn)錄本上隶垮。在AML細胞中，一部分METTL3會通過METTL14非依賴方式與CCAAT增強子結(jié)合蛋白zeta(CEBPZ)的啟動子區(qū)域結(jié)合秘噪。在HepG2細胞中狸吞，H3K36me3能通過與METTL14相互作用招募寫入器，誘導(dǎo)mRNA的CDS和3'UTR上添加m6A指煎。

METTL3在細胞質(zhì)中的促進翻譯作用

METTL3還能作為一個潛在的m6A讀取器蹋偏，在Figure 2B中，我們可以看到贯要，在肺癌細胞中暖侨，METTL3此時并沒有發(fā)揮催化作用，而是在細胞質(zhì)中錨定到了3'UTR上崇渗，促進了一個報告mRNA的翻譯。進一步的研究表明，METTL3是通過eIF3h相互作用來促進翻譯的宅广。
METTL3蛋白自身會通過PTM或與其它蛋白質(zhì)相互作用來發(fā)揮調(diào)控功能葫掉，例如人類的METTL14能夠誘導(dǎo)METTL3的絲氨酸399磷酸化。人類的METTL3會出現(xiàn)SUMOylation修飾跟狱，導(dǎo)致METTL3/14的活性降低俭厚。但這些現(xiàn)象的機制還不清楚。

序列和結(jié)構(gòu)特異性誘導(dǎo)的甲基化

METTL3/14復(fù)合物偏愛RRACH模序(R=A或G驶臊；H=A挪挤，C或U)，METTL16則偏愛另外的序列與結(jié)構(gòu)关翎。METTL16被驗證的兩個特異性序列是U6(U6 small nuclear RNA, snRNA)和人類MAT2A(methionine adeno-syltransferase 2A)上的一個發(fā)夾結(jié)構(gòu)(hp1)扛门，MAT2A編碼S-腺苷甲硫氨酸合成酶(S-adeno-sylmethionine synthetase, SAM synthetase)。有實驗分析發(fā)現(xiàn)纵寝，METTL16偏愛一個形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)膨大處的UAC(m6A)GAGAA序列论寨。EMTTL16介導(dǎo)的MAT2A甲基化是SAM穩(wěn)態(tài)的負反饋信號。最近發(fā)現(xiàn)了ZCCH4是一個新的m6A讀取器爽茴。

m6A讀取器

m6A讀取器通過作用于含有m6A的mRNA來發(fā)揮作用葬凳，F(xiàn)igure 1中可以把讀取器分為三類。

第一類讀取器含有YTH結(jié)構(gòu)域（YTH的全是YT521-B homology）室奏，這些成員包括YTHDF1-3(YTH domain family 1-3)火焰，YTHDC1-2(YTH domain containing 1-2)（參考Figure 1）。細胞質(zhì)中的YTHDF2會通過招募CCR4-NOT腺嘌呤酶復(fù)合物來誘導(dǎo)靶轉(zhuǎn)錄本的部分降解胧沫。細胞質(zhì)中的YTHDF1和YTHDF3能促進HeLa細胞中靶轉(zhuǎn)錄本的翻譯昌简。細胞核中的YTHDC1有多個作用，包括招募某些剪接因子調(diào)控mRNA的剪接琳袄，促進mRNA的輸出江场，加速某些轉(zhuǎn)錄本的降解。YTHDC2調(diào)控mRNA的穩(wěn)定窖逗，翻譯以及精子形成址否。

第二類讀取器是HNRNPs，全稱是heterogeneous nuclear ribonucleoproteins碎紊，成員包括HNRNPC佑附，HNRNPG與HNRNPA2B1，它們能調(diào)控靶轉(zhuǎn)錄本的剪接仗考，加工音同，它們能與RNA的某些結(jié)構(gòu)結(jié)合，這些結(jié)構(gòu)是由m6A介導(dǎo)形成的秃嗜，因為m6A會重構(gòu)局部的RNA結(jié)構(gòu)权均，調(diào)控RNA-蛋白質(zhì)之間的相互作用顿膨，這一現(xiàn)象稱為m6A開關(guān)(m6A-switch)。

第三類讀取器含有相同的RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(RBD, RNA binding domains)叽赊，例如KH結(jié)構(gòu)域(K homology)恋沃，RNA識別模序(RNA recognition motif)，以及RGG( arginine/glycine-rich)結(jié)構(gòu)域必指，它們都能與含有m6A的mRNA結(jié)合囊咏，包括FMR1和IGF2BP1-3。FMR1(Fragile X mental retardation 1)含有3個KH結(jié)構(gòu)域塔橡，1個RGG結(jié)構(gòu)域梅割，它有可能通過與YTHDF1和YTHDF2相互作用來影響RNA的轉(zhuǎn)移，RNA的穩(wěn)定葛家。IGF2BP1-3(insulin-like growth factor 2 mRNA-binding proteins 1–3)能通過m6A的方式穩(wěn)定靶轉(zhuǎn)錄本（YTHDF2與之相反户辞，它是降解靶轉(zhuǎn)錄本）。IGF2BP蛋白功能的核心是KH3-4結(jié)構(gòu)域惦银，這是與m6A結(jié)合的關(guān)鍵區(qū)域咆课。
Prrc2a是最近發(fā)現(xiàn)的一個讀取器，它與髓鞘形成有關(guān)扯俱，具體機制不明书蚪。

為什么讀取器會結(jié)合一些m6A位點

以下為作者的幾個猜測。

第一迅栅，讀取器有可能與其它的RBP相互作用殊校，從而被招募到mRNA的不同區(qū)域。IGF2BP1-3和YTHDF2通過在不同位點來調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性读存，例如IGF2BP1-3結(jié)合到3'UTR为流，而YTHDF2結(jié)合到CDS區(qū)。而RBP對RNA的識別取決于多個因素让簿，例如結(jié)合位點的序列敬察，序列的側(cè)翼以及RNA的二級結(jié)構(gòu)。因此RBP與讀取器蛋白質(zhì)的相互作用有可能涉及了m6A位點的特異性尔当。

第二莲祸，m6A位點的密度和序列也可能與之有關(guān)。

第三椭迎，讀取器蛋白會在細胞區(qū)室的特定位點富集锐帜，因此會偏向與局部一些RNA類型結(jié)合。例如畜号，YTHDF1-3缴阎，F(xiàn)MR1和HNRNPA2B1位于細胞的應(yīng)激顆粒核心地區(qū)。在乳腺癌細胞中简软，YTHDF1-3蛮拔，HNRNPK和IGF2BP2-3位于細胞的突起(protrusion)述暂。
甲基化可以促進翻譯或影響某一轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性，這取決于揎細胞環(huán)境下哪個讀取器占據(jù)主導(dǎo)地位语泽，如Figure 3所示：

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讀取器對外界刺激的應(yīng)答

在某些刺激下贸典，例如熱休克應(yīng)激或病毒感染會誘導(dǎo)細胞質(zhì)中的YTHDF進入細胞核视卢。在熱休克出現(xiàn)的幾小時內(nèi)踱卵，YTHDF2的轉(zhuǎn)錄本與蛋白水平都上升，并且多數(shù)YTHDF2轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)据过。有人認為惋砂，YTHDF2核心的YTHDF2會與去甲基化酶FTO競爭，阻止那些熱休克應(yīng)答基因5‘UTR的去甲基化绳锅，從而增強這些基因在細胞質(zhì)中非加帽方式的翻譯(cap-independent translation)西饵。體外實驗發(fā)現(xiàn)，YTHDF2能抑制FTO的去甲基化活性鳞芙。在Vero細胞感染實驗中眷柔，細胞感染了enterovirus type 71后，YTHDF1和YTHDF2會上調(diào)原朝，并且在感染12小時后分布在細胞質(zhì)驯嘱，感染24小時后分布在細胞核，這一現(xiàn)象機制不明喳坠。

在有絲分裂后期的細胞中鞠评，當(dāng)需要功能蛋白時，YTHDF1的翻譯促進作用就變得特別明顯(Figure 3)壕鹉。在損傷誘導(dǎo)的軸突再生的背根節(jié)(DRG)模型中剃幌，再生相關(guān)基因大量地被甲基化，在這個恢復(fù)過程中晾浴，YTHDF1是蛋白質(zhì)強烈合成所必需的條件负乡；相比之下，YTHDF1在損傷前的基礎(chǔ)翻譯增強方面脊凰，作用很小抖棘。這一現(xiàn)象與最初在HeLa細胞中研究YTHDF1時類似，YTHDF1會促進一些轉(zhuǎn)錄本的翻譯笙各。在關(guān)于記憶研究方面钉答，有研究發(fā)現(xiàn)，YTHDF1的缺陷會導(dǎo)致海馬依賴性神經(jīng)元功能出現(xiàn)障礙杈抢，恢復(fù)YTHDF1的蛋白水平数尿，則能修復(fù)這種問題。YTHDF1依賴的翻譯增強會在一些癌細胞中持續(xù)出現(xiàn)惶楼，而在其它一些細胞中則是由刺激誘導(dǎo)的右蹦，這一過程是如何觸發(fā)的诊杆，還不清楚。

讀取器的不同功能

YTHDF1-3的結(jié)構(gòu)類似何陆，它們都含有N末端低復(fù)雜序列晨汹，和C末端的保守YTH結(jié)構(gòu)域。但是它們的功能并不相同贷盲，在不同的細胞中淘这，它們有的能促進蛋白翻譯，有的能抑制蛋白翻譯巩剖，具體的案例可以參考原文铝穷。并且在不同的m6A閱讀器蛋白之間還存在著交叉作用或競爭作用，即使在FTO和閱讀器之間佳魔，也有著類似的作用曙聂。因為這些蛋白本身就構(gòu)成了一個有相互作用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此要理解它們的環(huán)境調(diào)控作用對于相關(guān)的研究有著重要意義鞠鲜。

m6A擦除器

m6A甲基化可以被FTO或ALKBH5逆轉(zhuǎn)宁脊，這兩個蛋白也就是m6A擦除器。FTO是第一個被發(fā)現(xiàn)的m6A擦除器贤姆。FTO能夠去甲基化m6Am榆苞，以及部分mRNA上的cap-m6Am，如Figure 4所示：

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CLIP-seq驗證了很多FTO的結(jié)合位點庐氮，這些結(jié)合位點包括tRNAs语稠，snRNA等。FTO的空間分布也能發(fā)揮調(diào)控作用弄砍，F(xiàn)TO的N末端有一個NLS仙畦，它能部分地分布在細胞核中，也能分布在細胞質(zhì)中音婶，F(xiàn)TO的分布在不同的細胞系中有所不同慨畸，例如在AML細胞中的分布和HEK，HeLa細胞中的分布就不同衣式，這可能與腫瘤的發(fā)生有關(guān)寸士，F(xiàn)TO在AML細胞中的這種分布也有可能是環(huán)境依賴的，因為2HG(2-hydroxy-glutarate)能抑制FTO碴卧。

CLIP-seq的測序數(shù)據(jù)分析表明弱卡，在某些細胞系中，F(xiàn)TO偏愛結(jié)合GAC-和/或GGAC模序住册。有研究發(fā)現(xiàn)婶博，F(xiàn)TO的表達和定位可能被PTM調(diào)控（例如Lys-216）。
位于mRNA的5'cap中的+1核糖上荧飞，它幾乎是與內(nèi)部m6A(internal m6A凡人，這個內(nèi)部指的是mRNA中間的部分)同時發(fā)現(xiàn)的名党。m6A可能占據(jù)了整個腺苷酸的0.1%-0.4%，它主要發(fā)生在第二個核苷酸2’-O-methylated()的帽子結(jié)構(gòu)附近挠轴。只有不到30%的含有m6Am传睹。m6Am的比例占到整個mRNA的m6A十分之一或更低（在一些細胞系中還要低）。m6A豐度要遠高于岸晦，因此欧啤，雖然FTO更偏愛結(jié)合，但是FTO的主要靶點還是m6A委煤。由于幾乎所有的mRNA帽子結(jié)構(gòu)都在胃鏡核中被加帽蛋白結(jié)合堂油，因此在細胞核中，cap-不太可能被去甲基化碧绞，這也反映了FTO對的局限，如Figure 4所示≈ㄎ眩現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)的FTO還功能涉及：熱休克應(yīng)答讥邻，UV損傷應(yīng)答，HCV感染等方面院峡。

mRNA的甲基化不影響轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定

最初研究認為FTO介導(dǎo)的的去甲基化在功能上類似于DCP-2介導(dǎo)的去帽(decapping)化誘導(dǎo)mRNA的降解以及miRNA介導(dǎo)的mRNA降解兴使。當(dāng)敲低FTO后，F(xiàn)TO的靶mRNA出現(xiàn)了很多變化照激，這些效應(yīng)被認為是由于的去甲基化導(dǎo)致的发魄，但是FTO敲低與那些只含有m6A或轉(zhuǎn)錄本水平之間的相關(guān)卻不支持這個結(jié)論，并且發(fā)現(xiàn)只有內(nèi)部m6A修飾的轉(zhuǎn)錄本的變化與FTO的敲低相關(guān)俩垃。

后來發(fā)現(xiàn)了PCIF1是mRNA的甲基轉(zhuǎn)移酶励幼，它只加工，卻不加工內(nèi)部的m6A(internal m6A)口柳。還有研究發(fā)現(xiàn)苹粟，PCIF1添加的并不改變基因表達的水平或轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性，這也不支持剛開始的觀點跃闹，即FTO介導(dǎo)的的去甲基化導(dǎo)致的mRNA降解嵌削。另外，有研究發(fā)現(xiàn)望艺，當(dāng)FTO敲低時苛秕，被認為還能促進那些含有mRNA的翻譯效率，但也有一些研究發(fā)現(xiàn)了相反的現(xiàn)象找默，這一過程的調(diào)控也有可能是與環(huán)境有關(guān)艇劫。

ALKBH5的作用與底物

ALKBH5是第二個被發(fā)現(xiàn)的m6A去甲基化酶。ALKBH5在小鼠的精子形成中發(fā)揮了作用啡莉，ALKBH5和FTO的表達在不同組織中各異港准。例如旨剥，在小鼠中，Alkhb5主要表達在睪丸浅缸，而Fto主要表達在大腦轨帜，這可能與它們參與的不同生物學(xué)途徑有關(guān)。在人源細胞系中敲低ALKBH5后衩椒，會誘導(dǎo)其靶RNA從細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)蚌父。幾乎所有報道的ALKBH5功能研究都揭示了類似的分子途徑，ALKBH5介導(dǎo)某些轉(zhuǎn)錄本的3'UTR m6A毛萌，其中就包括促進缺氧誘導(dǎo)的HIF依賴的乳腺癌干細胞表型苟弛，通過ALKBH5-FOXM1途徑調(diào)節(jié)的膠質(zhì)母細胞瘤增殖和腫瘤發(fā)生，調(diào)控雄性生殖細胞中長3'UTR mRNAs的剪接和穩(wěn)定阁将。

結(jié)論與展望

作者在結(jié)論部分中討論了兩個問題膏秫，第一個是m6A的調(diào)控，第二個是m6A未解決的一些問題做盅。

其中m6A的調(diào)控功能可能受幾個層面的影響缤削，包括以下幾個方面

第一，m6A的功能取決于細胞分化和細胞的發(fā)育狀態(tài)吹榴。

第二亭敢，m6A的功能可能被環(huán)境因素或細胞信號觸發(fā)。

第三图筹，m6A效應(yīng)子的定位也影響了m6A的功能帅刀。

第四，即使是同一個轉(zhuǎn)錄本远剩，m6A精確的定位和其它的修飾也會影響其功能扣溺。

關(guān)于m6A的一些關(guān)鍵問題還沒搞清楚，包括以下幾個方面：

第一民宿，m6A效應(yīng)子針對轉(zhuǎn)錄本的選擇性和m6A位點的選擇性是如何實現(xiàn)的娇妓？

第二，m6A效應(yīng)子（包括寫入器活鹰，擦除器哈恰，讀取器）是如何整合到不同的生物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與調(diào)控過程的？