Genome Biology | 重大进展！中山大学王金凯团队发现m6A修饰在假基因进化中的关键作用 | m6A专题

本文转载自iNature

无义介导的衰变 (NMD) 是 mRNA 监测的重要过程。它使用过早的翻译终止密码子 (PTC) 降解 mRNA，这通常是通过无义突变、移码突变或异常剪接产生的。NMD 对于防止截断蛋白的形成至关重要，截断蛋白可能对细胞有毒。然而，加工过的假基因由于缺乏内含子而无法触发 NMD。它们是否进化出其他监视机制在很大程度上是未知的。

2021年6月13日，中山大学王金凯团队在Genome Biology 在线发表题为“Positive natural selection of N6-methyladenosine on the RNAs of processed pseudogenes”的研究论文，该研究发现假基因的 RNA，尤其是加工过的假基因，其 m6A 水平显著高于其同源蛋白质编码基因，这与人类细胞中的从头 m6A 峰和基序相关。此外，假基因在进化过程中迅速积累了 m6A 基序。假基因的 m6A 位点在进化上比中性位点年轻，并且它们的 m6A 水平正在增加，支持假基因 RNA 上的 m6A 处于正选择下的观点。

然后该研究发现加工过的而非未加工的假基因的 m6A RNA 修饰促进了细胞质 RNA 降解并减弱了对其同源蛋白质编码基因 RNA 的干扰。该研究通过实验验证了两个加工假基因 DSTNP2 和 NAP1L4P1 的 m6A RNA 修饰，这促进了两个假基因及其同源蛋白编码基因 DSTN 和 NAP1L4 的 RNA 降解。此外，DSTN 的 DSTNP2 调控的 m6A 部分依赖于 miRNA miR-362-5p。总之，该研究的发现揭示了 m6A RNA 修饰在清理不必要的加工假基因转录物以减弱它们对蛋白质编码基因调控网络的干扰方面的新进化作用。

无义介导的衰变 (NMD) 是 mRNA 监测的重要过程。它使用过早的翻译终止密码子 (PTC) 降解 mRNA，这通常是通过无义突变、移码突变或异常剪接产生的。NMD 对于防止截断蛋白的形成至关重要，截断蛋白可能对细胞有毒。因此，逃避 NMD 的无义突变通常会导致显性负效应。在酵母中，PTC 通过下游序列元件 (DSE) 的存在来识别，可刺激 NMD。然而，规范的 NMD 在哺乳动物中变成了一个剪接依赖性过程，只要终止密码子在最后一个外显子-外显子连接点上游超过 50~55 bp 就可以触发。尽管 NMD 也可由长 3'UTR 触发，但无内含子基因可能对 NMD 不敏感。

假基因是 NMD 的主要底物类别之一，因为它们在进化过程中积累了无义突变。尽管在大多数情况下假基因可能仍然不是很重要，但越来越多的证据表明，一些假基因在调节其蛋白质编码同源物方面发挥着重要的调节作用；假基因的失调与包括癌症在内的各种人类疾病有关。由于与其蛋白质编码同源物的序列高度相似，假基因通常作为竞争性内源 RNA (ceRNAs) 发挥作用，它们竞争性地结合 microRNAs (miRNAs) 或 RNA 结合蛋白 (RBPs) 以防止其同源物的降解，如 PTENP1、BRAFP1 和 HMGA1。其他一些假基因也可以产生内源性小干扰 RNA (esiRNA)，例如 PPM1K，或作为反义 RNA，例如 nNOSP。

根据独特的生物发生机制，假基因可分为三类：单一假基因、未加工假基因和加工假基因。单一假基因是单拷贝基因，在编码区或调控区发生自发突变，导致基因无法转录或翻译成蛋白质。未加工的假基因源自基因复制和导致移码或早期终止子的后续突变。加工假基因，也称为逆转录假基因，是通过 mRNA 转录本的逆转录产生的，因此没有内含子，但可能有 poly(A) 尾。如前所述，逆转录的 mRNA 往往是在游离细胞质核糖体上翻译的稳定转录本。因为规范 NMD 是哺乳动物中的剪接依赖过程，由于缺乏内含子，加工过的假基因不太可能是 NMD 的底物。

近年来，N6-甲基腺苷 (m6A) RNA 修饰被报道为降解 RNA 的新途径。m6A 是 mRNA 和长链非编码 RNA (lncRNA) 中一种可逆且普遍的内部 RNA 修饰。它通过 m6A 甲基转移酶复合物安装在 RNA 的“DRACH”基序上，METTL3 作为催化亚基。去甲基酶 FTO 和 ALKBH5 可以逆转修饰。此外，m6A 可以通过各种 RNA 结合蛋白进行特异性调节，并通过转录因子和 H3K36me3 组蛋白修饰进行共转录。在 mRNA 上 m6A 修饰后，m6A 阅读器（如包含 YTH 域的蛋白质）可以特异性地读取 m6A 并调节宿主 mRNA 的各种转录后过程，例如促进mRNA 的核输出。近年来，已经报道了 m6A 在各种生理和病理过程中的关键作用。

基于 m6A 的全基因组分析，假基因的 RNA 也被 m6A 修饰。然而，关于假基因上 m6A 位点的功能以及它们在与同源蛋白质编码基因分离后如何进化知之甚少。

在这项研究中，发现人类加工的假基因的 RNA 在与其同源蛋白质编码基因分离后，与新的 m6A 基序一起积累新的 m6A 修饰。 基于生物信息学分析和实验验证，该研究发现加工过的假基因 RNA 上的这些 m6A 位点促进了胞质 RNA 降解并减弱了它们对同源 mRNA 的不必要干扰。 总之，该研究的发现揭示了 m6A RNA 修饰在清理不必要的加工假基因转录物以减弱它们对蛋白质编码基因调控网络的干扰方面的新进化作用。

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