11月22日，國際學(xué)術(shù)期刊 Cell Reports 在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所）鮑嵐研究組的最新研究進展“ m6A-modified lincRNA Dubr is required for neuronal development by stabilizing YTHDF1/3 and facilitating mRNA translation”。該研究揭示了長鏈非編碼RNA (lncRNA) Dubr的m6A修飾通過穩(wěn)定YTHDF1/3復(fù)合體以及其介導(dǎo)的mRNA翻譯從而調(diào)控軸突生長和神經(jīng)元遷移的分子機制。
神經(jīng)元作為一類高度特化的細胞，具有復(fù)雜的樹突和軸突。神經(jīng)元胞體中的mRNA可以運輸至樹突和軸突，并通過mRNA局部動態(tài)翻譯合成新蛋白，參與調(diào)控神經(jīng)元發(fā)育以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立。研究組前期的研究工作發(fā)現(xiàn)，初級感覺神經(jīng)元軸突中富集microRNAs （miRNAs），同時通過調(diào)控軸突中的局部翻譯并參與軸突延伸（Wang et al., Cell Reports, 2015; Wang & Bao, Journal of Molecular Cell Biology, 2017）。最近的研究發(fā)現(xiàn)，軸突富集的lncRNA ALAE通過競爭RNA結(jié)合蛋白 KHSRP并與Gap43 mRNA相互作用，從而調(diào)節(jié)軸突局部翻譯和參與軸突生長 (Wei et al., Cell Reports, 2021)。以上的研究表明，非編碼RNA在神經(jīng)元的發(fā)育中發(fā)揮重要調(diào)控作用。
RNA甲基化修飾是數(shù)百種RNA修飾中最普遍和富集的修飾。N6-腺苷酸甲基化 (N6-methyladenosine，m6A)是其中豐度最高的動態(tài)修飾，參與RNA代謝、剪接、翻譯、出核和運輸?shù)戎匾毎飳W(xué)過程。已有的研究表明，m6A甲基化修飾在哺乳動物大腦中高度富集，同時在早期神經(jīng)元分化、生長以及學(xué)習(xí)記憶等方面都發(fā)揮重要作用。盡管最近的研究提示lncRNA調(diào)控神經(jīng)元軸突發(fā)育 (Wei et al., Cell Reports, 2021)，但對這些lncRNA是否存在m6A修飾以及m6A修飾在lncRNA參與神經(jīng)發(fā)育中的功能和作用機制知之甚少。
本研究首先對小鼠背根神經(jīng)節(jié)（DRG）組織中的m6A-CLIP數(shù)據(jù)和不同組織發(fā)育測序的數(shù)據(jù)進行了整合分析，發(fā)現(xiàn)lncRNA Dubr被 m6A高度修飾且在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育早期高表達。利用小鼠體外DRG組織培養(yǎng)、神經(jīng)元微流小室分隔培養(yǎng)以及胚胎電轉(zhuǎn)等方法，發(fā)現(xiàn)敲減Dubr可以阻礙DRG神經(jīng)元的軸突生長以及導(dǎo)致皮層神經(jīng)元遷移和軸突投射缺陷，而將Dubr的m6A修飾位點突變后則無法挽回神經(jīng)元的發(fā)育缺陷。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，Dubr通過m6A修飾位點與m6A閱讀蛋白YTHDF1和YTHDF3相互作用，同時敲減Dubr或突變Dubr的m6A位點可以加速YTHDF1和YTHDF3蛋白進入蛋白酶體依賴的降解途徑，最終導(dǎo)致蛋白水平顯著下降。同時，Dubr、YTHDF1和YTHDF3均能調(diào)控與神經(jīng)元發(fā)育相關(guān)分子Calmodulin和Tau的mRNA翻譯，Dubr通過m6A甲基化促進YTHDF1/3蛋白復(fù)合體的穩(wěn)定來維持Calmodulin和Tau的mRNA翻譯并促進感覺神經(jīng)元的軸突生長和皮層神經(jīng)元的正確遷移。
綜上所述，本研究揭示了神經(jīng)元發(fā)育中l(wèi)ncRNA的m6A動態(tài)修飾通過穩(wěn)定RNA結(jié)合蛋白調(diào)控mRNA翻譯的功能。該研究加深了對于非編碼RNA上m6A動態(tài)修飾功能和機制的理解，也為探究神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的復(fù)雜調(diào)控機制提供了新的視角。
分子細胞卓越中心鮑嵐研究組博士研究生黃建松為本文第一作者，鮑嵐研究員和廣東省智能科學(xué)與技術(shù)研究院的王斌研究員為共同通訊作者。該工作得到復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院的楊力教授、中科院上海高等研究院的張旭研究員和南方科技大學(xué)的蔣興宇教授的大力支持。該工作得到國家基金委和廣東省高水平創(chuàng)新研究院項目的資助。
文章鏈接： https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)01567-4
m6A修飾的lncRNA Dubr通過穩(wěn)定YTHDF1/3復(fù)合體和促進mRNA翻譯參與調(diào)控神經(jīng)元的發(fā)育
