何川/周琪、杨运桂等背靠背发文揭示m6A在精子发生中的重要作用丨亮点推荐
BioArt按：近几年来，围绕核酸的一系列新型修饰都是当前表观遗传方向最热门的研究领域之一，其中以研究RNA上的m6A修饰为最盛。就在5天前BioArt还报道了m6A修饰在调节T细胞稳态方面的重要作用（Nature：中美合作首次发现m6A修饰调控T细胞稳态）。尽管过去有研究暗示m6A修饰可能与雄小鼠育性相关联，然而有关研究却并没有很好的展开。那么m6A修饰是否与小鼠精子发生相关呢？8月15日，来自芝加哥大学何川与南京医科大学沈彬合作团队和中科院动物所周琪、李伟与中科院基因组所杨运桂合作团队在Cell Research杂志上“背靠背”发表了有关m6A修饰与精子发生的重要研究成果，首次通过基因敲除小鼠模型深入地研究了m6A甲基化酶以及识别蛋白在调控小鼠精子发生过程中的重要作用，清晰展示了m6A修饰新的重要功能。
论文解读：
过去几年里，以何川教授和杨运桂研究员等为代表的一批学者围绕m6A甲基转移酶（METTL3/METTL14/WTAP）、去甲基化酶（ALKBH5和FTO）以及识别蛋白（YTHDF1/2/3，YTHDC1）做出了一系列重要的工作【1】，BioArt也多次在第一时间报道了相关研究成果和特别报道（何川和杨运桂背靠背发表m6A最新成果；何川团队Nature发布m6A最新成果；芝大陈建军、何川组报道肥胖基因FTO与白血病；致敬何川教授：RNA表观遗传领域的杰出领导者）。
m6A修饰的writer、eraser和reader。图片引自：Meyer, K., & Jaffrey, S. R. (2017). Rethinking m6A Readers, Writers, and Erasers. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 33(1).
无论是DNA还是RNA，本身只负责存储信息，最终的功能还是要通过蛋白质来体现。表观遗传标记作为一种额外的信息编码模式，必然要有相应的解码器来识别，也就是我们所谓的Reader。DNA和RNA都有上百种修饰，其中大部分是化学损伤的产物。一种修饰如果被认为是表观遗传标记，一个必要的条件是可以编码有生物学意义的信息，并且信息是可以被生物体稳定可靠的解读出来。
2013年底，何川教授通过对YTHDF2的研究，第一次展示了其作为可能的m6A reader，如何通过特异性识别m6A位点进而影响RNA的稳定性【2】。也从那时候起，RNA表观遗传学这一概念才开始逐渐被人们所认识和接受。此后关于m6A的reader的报道也越来越多，就在今年年初，何川和杨运桂组背靠背还在Cell Research杂志上同时报道了m6A的另一种Reader YTHDF3能够促进mRNA的翻译【3,4】。
在何川教授与沈彬教授合作的这项研究中，研究人员目光放在最后一个还没有被系统研究的YTH蛋白家族成员YTHDC2上。首先他们注意到YTHDC2在小鼠睾丸中高表达（下图A），而RIP实验也发现了减数分裂等生殖功能相关的靶基因。敲除掉YTHDC2会引起精子发育障碍进而导致生殖缺陷【下图B】。作为YTH蛋白家族的一员，顺理成章的会使人联想到YTHDC2通过和m6A作用来发挥功能。体外的实验证明YTHDC2确实可以特异性的结合m6A，是一个潜在的m6A reader。而关于机制，他们提出了很有意思的“双重调控”，YTHDC2通过识别m6A，既加速了被修饰mRNA的降解，又提升了相应蛋白的翻译。某种程度上也支持了之前的“基因表达快速响应”模型。
YTHDC2基因在小鼠睾丸组织中特异性高表达（A图），YTHDC2基因敲除的后的小鼠其睾丸组织明显缩小（图B）。图片来自何川课题组。
为了证明YTHDC2确实是通过m6A的作用发挥功能的，他们通过构建失去YTH结构域的报告基因，说明了YTHDC2对基因表达的影响需要YTH这一核心功能域。更直接的证明或许要等到新技术的出现，也只有当我们能定点的干预m6A的有无，才能在根本上消除人们对m6A和这些功能之间到底是相关性还是因果性的疑虑。不过令人振奋的是，Cell Research杂志同时在线的另一项由周琪院士、杨运桂研究员和李伟研究员合作的工作通过敲除m6A甲基转移酶Mettl3发现了与敲除YTHDC2几乎一致的表型（下图），支持了YTHDC2是一个m6A reader的观点。
m6A甲基转移酶METTL3基因敲除后小鼠睾丸组织明显缩小。图片来自杨运桂课题组
至此，YTH家族的五个蛋白已经无一例外的被认为是m6A的reader。再加上eIF3，众多的reader突显出m6A作为mRNA丰度最高的修饰在生物体中的重要意义。其中有些蛋白，比如这次报道的YTHDC2，其复杂的序列特征和多个功能域预示着有可能作为一个媒介，把m6A和更多的生理过程联系起来。另外一方面，除了YTH家族之外，是否存在着未知的m6A reader，乃至5mC等其它修饰的reader，都将是值得期待的研究热点。
总结：前不久，Nature发表了两篇文章报道了m6A修饰参与了果蝇性别决定的调控，也十分有趣。而关于其参与调控小鼠精子发生过程这一作用，事实上早在2013年何川和杨运桂合作在Mol Cell杂志就报道过了m6A去甲基化酶ALKBH5调控了小鼠的育性【5】，ALKBH5基因敲除的雄鼠一样表现为睾丸缩小（下图）。而近日同时发表的两篇论文则一个是从writer，另一个从reader入手，综合过去的研究，通过小鼠模型更进一步证实了m6A修饰在精子发生中的重要作用。
参考文献：
1、Zhao, B. S., Roundtree, I. A., & He, C. (2017). Post-transcriptional gene regulation by mRNA modifications. Nature reviews. Molecular cell biology, 18(1), 31.
2、Wang, X., Lu, Z., Gomez, A., Hon, G. C., Yue, Y., Han, D., ... & Ren, B. (2014). m6A-dependent regulation of messenger RNA stability. Nature, 505(7481), 117.
3、Shi, H., Wang, X., Lu, Z., Zhao, B. S., Ma, H., Hsu, P. J., ... & He, C. (2017). YTHDF3 facilitates translation and decay of N6-methyladenosine-modified RNA. Cell research, 27(3), 315-328.
4、Li, A., Chen, Y. S., Ping, X. L., Yang, X., Xiao, W., Yang, Y., ... & Bhattarai, D. P. (2017). Cytoplasmic m (6) A reader YTHDF3 promotes mRNA translation. Cell research, 27(3), 444.
5、Zheng, G., Dahl, J. A., Niu, Y., Fedorcsak, P., Huang, C. M., Li, C. J., ... & He, C. (2013). ALKBH5 is a mammalian RNA demethylase that impacts RNA metabolism and mouse fertility. Molecular cell, 49(1), 18-29.
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