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SUMO化修飾調控m6A RNA甲基化酶METTL3及其催化功能的一種全新分子機制

瀏覽次數：6384　發(fā)布日期：2018-3-23　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

RNA甲基化是目前最炙手可熱的研究領域，近3個月以來，該方向影響因子10分以上的文章數量竟接近20篇。云序生物曾對RNA甲基化研究方法及思路進行了深度剖析，感興趣的老師可瀏覽云序生物前期公眾號（2018國自然熱點二：RNA甲基化研究深度剖析）。

近三個月高分文章部分列表：

2月28日，又一篇RNA甲基化高分文章問世。上海交通大學醫(yī)學院余健秀組在著名期刊《核酸研究》（影響因子：10.162）發(fā)表了題為“SUMOylation of the m6A-RNA methyltransferase METTL3 modulates its function”文章（云序生物提供全套RNA甲基化測序技術服務）。首次揭示SUMO化修飾調控m6A RNA甲基化酶METTL3及其催化功能的一種全新分子機制。

一篇10分以上好文章的課題設計總會先人一步，在我們還費盡心思尋找目前大熱m6A RNA甲基化修飾酶時，大牛課題組已經開始研究這些酶本身所存在的翻譯后修飾，以及這些修飾的存在對RNA甲基化所帶來的影響，給我們帶來了一道與以往不同的RNA甲基化盛宴：

研究思路：

此次余健秀課題組鑒定了METTL3的SUMO化修飾及其調控功能。他們發(fā)現，在細胞中敲低SUMO特異性蛋白酶SENP1可明顯降低細胞內RNA的m6A修飾水平。這一修飾并未影響該蛋白的穩(wěn)定性及其在細胞中的定位，也未改變該蛋白和METTL14及WTAP之間的相互作用。通過體內及體外實驗，他們發(fā)現METTL3的SUMO化修飾可顯著抑制其m6A甲基化轉移酶的活性、促進特異癌細胞的克隆形成及腫瘤生成。穩(wěn)定敲除METTL3后，結合m6A RNA甲基化測序（MeRIP-seq）及二代高通量測序（RNA-seq）手段，m6A RNA甲基化修飾圖譜及下游mRNA表達圖譜均發(fā)生顯著改變。自此，METTL3借助SUMO化修飾調控下游mRNA m6A修飾及表達的論點完全成立。

研究一：METTL3 SUMO化修飾體內、體外鑒定

作者通過Ni+-NTA Pull Down發(fā)現METTL3主要受到SUMO1修飾，通過SUMO水解酶Senp1處理后，發(fā)現METTL3 SUMO修飾水平確實下降。細胞內源性表達METTL3也與SUMO1特異性互作，顯著發(fā)生SUMO化。作者隨后采用藥物刺激細胞，發(fā)現體內METTL3 SUMO化水平會發(fā)生顯著改變。體外實驗證實二者之間具有相互作用，作者補充了Co-IP實驗，體內證實METTL3 SUMO化水平受SUMO1調控。為了鑒定體內METTL3修飾位點，作者構建了一系列METTL3 K-R突變體，最終鑒定到，METTK3K177/211/212/215為SUMO化底物修飾位點。

研究二：METTL3 SUMO化修飾作用

蛋白質SUMO化修飾與其定位，穩(wěn)定性及蛋白互作等生物過程相關，作者隨后對METTL3 SUMO化修飾的生理功能在上述三個方向進行了驗證。首先，作者通過Co-IP實驗，發(fā)現METTL3 SUMO化并不影響其蛋白質本身的穩(wěn)定性。隨后作者排除了METTL3 SUMO化對其細胞定位的影響。最后作者發(fā)現METTL3 SUMO化程度的改變并不能影響其與METTL14或者WTAP之間的相互作用，至此，三種SUMO化經典機制都被排除掉。那么，依據對METTL3具有RNA甲基轉移酶活性的認知，METTL3 SUMO化極有可能影響其酶活性。幸運的是，作者發(fā)現過表達METTL3后，細胞mRNA m6A甲基化修飾水平顯著升高，但當同時提升METTL3 SUMO化修飾水平后，胞內mRNA m6A甲基化修飾水平顯著下降。這一部分數據有利的證實了METTL3 SUMO化主要影響其m6A RNA甲基化轉移酶活性。

研究三：METTL3 SUMO化轉錄組范圍內調控

作者通過異位成瘤實驗發(fā)現成瘤大小與體內m6A修飾水平負相關。作者補充METTL3-WT（正常SUMO化）及METTL3-4KR（非SUMO化）細胞系m6A RNA甲基化測序（MeRIP-seq）及轉錄組測序（RNA-seq）分析，結果顯示METTL3-4KR細胞系整體m6A修飾水平上升，尤其是在3’ UTR靠近Stop Codon區(qū)域。轉錄組測序數據顯示，METTL3敲除細胞系中分別表達METTL3-WT及METTL3-4KR后，大量轉錄本的表達量發(fā)生顯著性改變。將兩套高通量數據聯(lián)合應用分析后，發(fā)現90個基因無論是m6A RNA甲基化修飾水平或轉錄本表達量均發(fā)生顯著性改變。上述實驗證實METTL3 SUMO化會降低mRNA m6A修飾水平，進而影響轉錄組表達水平，最終促進腫瘤的生成。

總結：

這項研究首次發(fā)現m6A RNA甲基化修飾催化酶存在蛋白質修飾。研究組同時認為這些關鍵蛋白質肯定還存在其它蛋白質翻譯后修飾（PTMs），有待被進一步發(fā)現，這些PTMs包括泛素化、磷酸化、甲基化、乙�；取１疚脑谡撐脑u審中，得到論文評審專家的高度肯定，其中一個referee指出，這項研究給m6A修飾調控帶來了新元素，回答了METTL3如何自我調控的科學問題（“This paper brings new element insight METTL3 SUMOylation and m6A modification regulation, answering question of METTL3 self-regulation”）；有趣的是，另外一個referee還特意提到了余健秀實驗室在SUMO研究領域中所取得的重大貢獻（“Just one more comment. I obviously am aware that the lab has made significant contributions to the SUMO field”）。上海交通大學醫(yī)學院生物化學與細胞分子生物系余健秀研究員和趙嫻博士后為該論文共同通訊作者，碩士研究生杜玉樟和聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生侯國芳為論文共同第一作者，陳國強院士和程金科教授也參與了該研究。此外，該研究還得到了浙江大學劉建釗研究員在質譜鑒定m6A修飾的大力幫助。云序生物很榮幸的參與到了這一項精彩的研究中，承擔了m6A RNA甲基化測序工作及數據分析。作為國內最早開展RNA甲基化測序服務的科研服務單位之一，云序獨家提供全面的m6A﹑m1A﹑m5C RNA甲基化測序技術服務，志在為各位老師的科研工作保駕護航。

作者簡介：

余健秀,男，博士，現任上海交通大學醫(yī)學院特聘教授、博士生導師。1990獲華南農業(yè)大學學士學位，1996年、2000年分別獲中山大學動物學與分子生物學碩士、博士學位。2009年9月至今，任上海交通大學醫(yī)學院生物化學與分子細胞學系PI、特聘教授，癌基因及相關基因國家重點實驗室特聘研究員。已在國際著名學術期刊Nature Chemical Biology, Molecular Cell, Nature Communications, EMBO J, Nucleic Acids Research等發(fā)表研究論文50多篇。主持國家自然科學重點、重大研究計劃、面上項目以及國家科技部重大項目子項目等課題十多項，多次擔任國家衛(wèi)計委“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專項驗收專家、國家自然科學基金醫(yī)學科學領域學科評審組成員（二審專家）及國家自然科學基金委重大項目評審、驗收專家。主要致力于（1）探討蛋白質修飾在腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用及其分子機制，首次鑒定了PTEN的SUMO化修飾，發(fā)現其直接介導PTEN膜結合而抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展，解析了PTEN-PI3K-AKT通路的分子機制；（2）蛋白質修飾調控非編碼RNA生成和代謝的作用機制，其系列研究揭示了由蛋白質修飾介導的非編碼RNA調控網絡和作用方式。如首次發(fā)現miRNA/siRNA作用效率受控于TARBP2的SUMO化修飾程度等。

參考文獻：Circular RNA expression alteration in exosomes from the brain extracellular space after traumatic brain injury in mice

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