Nature：m6A调控果蝇性别决定丨BioArt国科大论坛

BioArt按：6月24日，BioArt推出“国科大论坛”专栏，旨在鼓励中国科学院大学（UCAS）生命学院的优秀本科生接触学术最前沿，激发他们对生命科学某些领域深层次的理解，同时也锻炼他们对科学报道的写作能力。今日BioArt推出第十一篇系列文章，这篇文章解读的是来自德国美因茨大学的科学家发表在Nature上题为“m6A modulates neuronal functions and sex determination in Drosophila”的研究论文，揭示了m6A对果蝇性别决定的作用机制。

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撰文丨梁承志（中国科学院大学2014级本科生）

（BioArt注：事实上Nature同期还报道了另一篇题为“m6A potentiates Sxl alternative pre-mRNA splicing for robust Drosophila sex determination”的类似文章，这名学生只选取了其中一篇）

【摘要】：N6-甲基腺苷RNA（m6A）是mRNA转录后的重要修饰方式。文章以果蝇为试验对象，解释了甲基转移酶复合体的结构域和YTH蛋白质家族的分子特征和生理学特征，得出了以下结论：m6A甲基转移酶复合体的部件对于果蝇的行为和性别决定（Sxl）起作用；m6A的作用是通过蛋白质YT521-B介导的；m6A甲基转移酶的novel 亚基Spenito。

背景：m6A是哺乳动物中RNA修饰中最丰富的方式。其作用包括控制mRNA的剪接、分解翻译等过程，这些过程都由YTH蛋白质家族的保守成员介导。调控存在于共有位点RRACH（R=A,G H=A,U,C）中，同时在附加序列（addtional sequence）和3’-UTR。m6A的机理是甲基转移酶，哺乳动物中，甲基转移酶类似物METTL3、METTL14及稳定因子WTAP组成的复合物起催化作用。

一、初步依据与m6A作用机制：

1、m6A在果蝇神经系统中的含量很高：

哺乳动物中，甲基转移酶的部件在果蝇中有同源序列：Ime4为Mettl3的同源序列,dMettl14/CG7818为Mettl14的同源序列,Vir, fl(2)d为稳定因子WTAP的同源序列。

作者使用质谱法检测几种蛋白在果蝇胚胎发育期间和发育阶段的含量，发现在产卵后两天内含量较高，在蛹和成虫期间含量达到顶峰，且在脑部和卵巢含量尤其高。

几种蛋白质含量在发育过程中的变化

免疫共沉淀方法证明序列同源性

2.m6A作用通过蛋白质YT521-B介导：

为了了解m6A的作用机制，作者使用MeRIP-seq(甲基化RNA免疫共沉淀后测序)方法测量了转录组范围内的m6A分布，发现有92%的m6A出自RRACH及其附加序列，就此作出推论：甲基转移酶对于此序列的作用是有特异性的（下图左）。

YTH蛋白质家族为哺乳动物中的主要读取者，果蝇中有同源蛋白质 CG6422和YT521-B两种。YT521-B特异分布于细胞核中，且分布于神经系统和脑中，而CG7818主要在细胞质中。YT521-B的影响很大，YT521-B敲除的果蝇性状与甲基转移酶敲除有70%重合（上图右）。由此，做出推论：m6A作用主要通过YT521-B介导。

二、m6A甲基转移酶部件的作用：行为控制与性别决定

1.m6A甲基转移酶影响果蝇的行为调控：

为了寻找m6A部件的潜在作用，作者制备了Ime4null和Ime4Cat敲除的果蝇；基因敲除的果蝇能成活，但短寿；飞行爬行受限，理毛增多；无法合拢翅膀，由此可以得出结论：Mettl3对果蝇的行为有调控作用。

为了定量敲除基因的果蝇的突变程度，作者按照Baradian模式进行了测量，发现 Ime4突变速度是野生型的一半，YT521-B突变型，同样导致运动能力下降。而且进行生理学试验后发现，突变的机制是神经肌肉接头过分茂盛。

为了识别m6A的相关位点，作者对1-2日龄的母虫进行RNA测序，发现1681个基因表达与剪接产生重大改变。证明多个在m6A产生过程中起作用的基因在行为残缺中起了作用。

2.m6A部件在果蝇性别决定中中起作用：

Sxl(Sex-lethal)是性别决定和剂量补偿的重要基因，也是与受Ime4影响很大的基因。为了了解 Ime4,dMettl在Sxl剪接中的作用，实验者制备Ime4,dMettl和YT521-B突变型的果蝇，用RT-qPCR分析两性果蝇头部的RNA提取物，发现突变基因对雄性没有影响，雌性中雄性表达物出现、雌性表达物下降。由此推论，甲基转移酶复合体促进Sxl pre-mRNA剪接，从而在性别决定和剂量补偿中起作用。

为了验证推论，进行了逆Ime4杂合体雌性与Sxl残缺雄性杂交实验，统计后代存活率发现后代雄虫不受影响，Ime4与Sxl缺失的雌性大幅度下降，证明推论是正确的。

三、蛋白质YT521-B的介导作用：

1.证明：

实验者提出假说：YT521-B位点减少和m6A的缺失有关系。进行试验后发现，前者突变体产生与后者相似行为障碍；Sxl剪接发生变化。实验者又进行了Ime4与YT521-B敲除的对比，发现有61%重合。可以就此得出结论：m6A甲基转移酶调控成体行为和性别决定是通过YT521-B。

2.甲基转移酶部件Spenito的发现：

实验者进行了探究YT521-B介导剪切机制的实验，他们用同位素标记蛋白质,发现30个与此有关的蛋白。为了找出与剪接过程有关的蛋白蛋白，他们测试其与fl(2)d 的结合力，发现Nito与YT521-B的结合不依赖RNA；且Nito缺失对于m6A的水平影响很大。因此该研究还鉴定到了果蝇m6A甲基转移酶复合体中的新亚基Nito(Spenito)。

总的来说，该研究和另一篇Nature文章共同揭示了m6A在果蝇性别决定中的重要作用，拓展了人们对m6A生物学功能的认识，充分表明了m6A修饰的重要生物学意义。

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延伸阅读：

Tina Lence, Junaid Akhtar, Marc Bayer, et al. m6A modulates neuronalfunctions and sex determination in Drosophila.Nature, 2016.doi:10.1038/nature20568

Irmgard U. Haussmann, ZsuzsannaBodi, Eugenio Sanchez-Moran, et al. m6Apotentiates Sxl alternative pre-mRNA splicing for robust Drosophila sexdetermination. Nature, 2016. doi:10.1038/nature20577

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