circrna m6a修饰的新功能——超越rna稳定性调控

       circrna是通过反向剪切形成的特殊类型的环形rna分子,它通过调控基因转录和剪切[1,2]、编码小肽[3,4]以及利用其mirna结合位点吸附mirna[5,6]来发挥生物学功能。与mrna类似,m6a也是circrna内部最丰富的表观转录组修饰[7]。从生成机制上看,circrna的m6a修饰主要由m6a修饰酶mettl3和mettl14添加并被去修饰酶fto和alkbh5可逆性的去除。

m6a修饰在维持circrna生物学活性上具有重要的功能。m6a修饰除了具有调节circrna稳定性的经典功能之外[7],还可以通过调控circrna与mirna互作来影响circrna作为mirna吸附海绵的功能,或者是影响circrna和rna结合蛋白(rbp)之间的相互作用[8],此外还可以标记内源rna,从而将其与外源rna区分开,避免被自身免疫系统识别攻击[9]。

       值得注意的是,一个circrna所有转录本上m6a的修饰比例在同一细胞中经常发生改变。而同一个circrna的不同修饰比例(修饰化学计量数的比值)可能导致细胞具有不同的命运,因此确认circrna修饰百分比与其功能后果高度相关[10,11]。


m6a调控circrna稳定性的经典功能

      环状rna上m6a修饰的经典功能就是调控对应rna的稳定性。从机制上看,主要利用了ythdf2读取circrna的m6a修饰,随后该蛋白结合hrsp12衔接蛋白并招募核糖核酸内切酶rnaser/mrp,核酸内切酶切开rna环,导致m6a修饰的circrna迅速降解(图1)[12]。

图1. ythdf2可以读取m6a,将hrsp12衔接蛋白和rnase p/mrp复合物招募至ythdf2结合位点上游的hrsp12结合位点和下游的rnase p/mrp切割位点。circrna进而被切开并快速降解。


m6a的其他非经典功能

circrna的m6a修饰促进非帽依赖的翻译

      circrnas是共价的rna环状结构,没有5’或 3’的游离末端。由于缺少5’端的m7g 帽子结构,不能像mrna一样招募翻译起始复合物,因此大部分的circrna不具有编码蛋白的能力。但是,一些circrna内部含有m6a修饰位点,通过与ythdf3识别蛋白结合,也可以招募翻译起始复合物开始翻译蛋白(图 2) [13]。目前环状rna通过质谱鉴定的由非帽依赖产生的多肽产物已有上百种。

图2. circular rna的m6a修饰 促进非帽依赖的蛋白翻译。识别蛋白ythdf3结合circrna m6a修饰位点,进而招募翻译起始因子4g2,4a,4b以及40s核糖体小亚基形成43s转录起始复合物,导致circrna的非帽依赖翻译发生 [13]。


circrna的m6a修饰调控circrna与rna结合蛋白(rbp)的相互作用

       circnsun2是一个通常在伴随肝转移的结直肠癌中表达上调的circrna。circnsun2的m6a修饰促进circnsun2转运到细胞质,在细胞质中m6a修饰的circnsun2引导igf2bp2结合hmga2 mrna,促进circnsun2/igf2bp2蛋白/hmga2 mrna三元复合物形成,从而增强hmga2 mrna稳定性并促进hmga2翻译(图3)[14]。

图3. circnsun2的m6a修饰促进circnsun2转运到细胞质。在细胞质中,m6a修饰的circnsun2促进circnsun2/igf2bp2蛋白/hmga2 mrna三元复合物形成,从而增强hmga2 mrna稳定性并促进hmga2翻译。hmga2上调促进结直肠癌转移进程[14]。


circrna m6a修饰与cerna机制 

       circrna的m6a修饰与癌症密切相关,因为circrna通常具有多个microrna结合位点,能够结合microrna并抑制其发挥功能。而已知许多microrna则能作为促癌microrna参与癌症的发生发展,m6a修饰就能够影响circrna与microrna的结合。


m6a控制“自身的”和“外来的”circrna免疫

    外源circrnas(例如病毒rna来源)可以通过宿主防御促进抗病毒基因表达(例如干扰素)以及引发强烈的免疫反应。然而,由于生物体内也存在类似的circrna分子。因此如何识别内源性circrna,避免其引发不恰当的免疫反应就是一个很重要的问题。关于这一问题,目前有研究表明,内源性的circrna会发生m6a修饰,被yth蛋白读取,从而被识别为“自身的”分子,进一步抑制促进干扰素产生的视黄酸诱导基因i(rig-i)的激活[9]。因此,m6a可作为识别“自身”与“外源”circrna的标记。

      另一个案例是hpv病毒来源的环状rna circe7。m6a修饰赋予circe7翻译转化的原癌蛋白的能力[15],同时m6a标记circe7为“自身的”来帮助病毒逃脱宿主的抗病毒免疫反应。

 

图4. m6a修饰的内源circrna被ythdf2识别为“自身的”分子,进而阻断rig-i的激活。未经m6a修饰的外源circrna在k63连接的多聚泛素分子存在的情况下激活rig-i,从而导致抗病毒信号通路的激活和干扰素的产生[9]。


       m6a在circrna中的功能不仅限于rna稳定性,而且在多肽翻译、circrna-mirna吸附海绵、circrna-rbp结合、circrna核转运、靶mrna周转和circrna免疫方面均具有功能。因此对circrna进行m6a修饰筛选开辟了表观转录组学的一个新的研究领域。


参考文献

[1] li, z., et al. (2015) "exon-intron circular rnas regulate transcription in the nucleus" nat struct mol biol 22(3):256-64 [pmid: 25664725]

[2] conn, v. m., et al. (2017) "a circrna from sepallata3 regulates splicing of its cognate mrna through r-loop formation" nat plants 3:17053 [pmid: 28418376]

[3] pamudurti, n. r., et al. (2017) "translation of circrnas" mol cell 66(1):9-21 e7 [pmid: 28344080]

[4] yang, y., et al. (2018) "novel role of fbxw7 circular rna in repressing glioma tumorigenesis" j natl cancer inst 110(3[pmid: 28903484]

[5] han, d., et al. (2017) "circular rna circmto1 acts as the sponge of microrna-9 to suppress hepatocellular carcinoma progression" hepatology 66(4):1151-1164 [pmid: 28520103]

[6] chen, x., et al. (2018) "prmt5 circular rna promotes metastasis of urothelial carcinoma of the bladder through sponging mir-30c to induce epithelial-mesenchymal transition" clin cancer res 24(24):6319-6330 [pmid: 30305293]

[7] zhou, c., et al. (2017) "genome-wide maps of m6a circrnas identify widespread and cell-type-specific methylation patterns that are distinct from mrnas" cell rep 20(9):2262-2276 [pmid: 28854373]

[8] huang, a., et al. (2020) "circular rna-protein interactions: functions, mechanisms, and identification" theranostics 10(8):3503-3517 [pmid: 32206104]

[9] chen, y. g., et al. (2019) "n6-methyladenosine modification controls circular rna immunity" mol cell [pmid: 31474572]

[10] lewis, c. j., et al. (2017) "rna modifications and structures cooperate to guide rna-protein interactions" nat rev mol cell biol 18(3):202-210 [pmid: 28144031]

[11] gilbert, w. v., et al. (2016) "messenger rna modifications: form, distribution, and function" science 352(6292):1408-12 [pmid: 27313037]

[12] park, o. h., et al. (2019) "endoribonucleolytic cleavage of m(6)a-containing rnas by rnase p/mrp complex" mol cell 74(3):494-507 e8 [pmid: 30930054]

[13] yang, y., et al. (2017) "extensive translation of circular rnas driven by n(6)-methyladenosine" cell res 27(5):626-641 [pmid: 28281539]

[14] chen, r. x., et al. (2019) "n(6)-methyladenosine modification of circnsun2 facilitates cytoplasmic export and stabilizes hmga2 to promote colorectal liver metastasis" nat commun 10(1):4695 [pmid: 31619685]

[15] zhao, j., et al. (2019) "transforming activity of an oncoprotein-encoding circular rna from human papillomavirus" nat commun 10(1):2300 [pmid: 31127091]


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2circrna 表观转录组芯片适用于circrna m6a检测;total rna要求量可低至3ug。


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1)转录本水平验证lncrna m6a 修饰:m6a抗体富集发生m6a修饰rna(rna不作片段化处理) lncrna转录本特异性pcr检测

2基于mazf 酶处理的lncrna m6aca位点检测lncrna m6aca位点预测 mazf酶处理 m6aca位点pcr检测 


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