Mol Cell | 又见新的DNA 6mA催化酶！

撰文 | 黄蔚

责编丨迦溆

相比近年来大热的RNA m6A修饰，哺乳动物的DNA 6mA修饰直到近5年，才迎来自己的春天。

2016年，耶鲁大学的Andrew Z. Xiao教授在Nature发表研究，首次证明小鼠胚胎干细胞中存在6mA修饰【1】，回答了哺乳动物基因组中是否存在6mA修饰这个关键问题。此后，广州医科大学的晏光荣和肖传乐教授利用SMRT测序在人类基因组中鉴定到6mA修饰（Mol Cell丨晏光荣肖传乐等合作解码人类基因组新型甲基化修饰）【2】，谢琦博士等在Cell发表研究证明6mA参与癌症（神经胶质瘤）的进程，进一步揭示了6mA的生理功能（Cell丨谢琦博士等揭示DNA新修饰6mA在神经胶质瘤中的作用）【3】。

然而，关于6mA研究最基本的问题：甲基化酶、去甲基化酶和阅读蛋白分别是什么，目前尚存在争议以及研究空白。

Andrew Z. Xiao教授首次鉴定了ALKBH1作为6mA去甲基化酶，晏光荣和肖传乐教授则鉴定了N6AMT1作为6mA的甲基化酶，而谢琦博士等在神经胶质瘤的研究中发现 N6AMT1并不具有6mA甲基化酶活性，但ALKBH1具有去甲基化酶活性（该研究为谢琦博士与Jeremy N. rich和Andrew Z. Xiao共同发表）。

近日，南加州大学医学院的Douglas E. Feldman教授等在 Molecular Cell 发表了题为An Adversarial DNA N6-Methyladenine-Sensor Network Preserves Polycomb Silencing的研究论文，该研究首次证明METTL4和ALKBH4作为6mA的甲基化酶和去甲基化酶，并将去泛素化酶ASXL1和MPND鉴定为6mA的阅读蛋白（sensor）。

以下是文章解读：

1. 研究者的思路主要是根据蛋白的保守性，在人类蛋白组中寻找与细菌6mA相关蛋白拥有同源结构的蛋白。METTL4和ALKBH4正是通过这样的策略鉴定到的，进一步的实验也发现它们具有甲基化酶和去甲基化酶活性。

2. 6mA是如何调控基因表达的呢？为了回答这个问题，研究者开始寻找6mA的阅读蛋白。同样根据蛋白的保守性，研究者发现蛋白ASXL1的HTH domain和蛋白MPND的 RAMA domain是细菌中结合6mA修饰的保守结构域，因此将ASXL1和MPND锁定为潜在的6mA阅读蛋白。Pull down实验证明ASXL1和MPND可以结合带有6mA修饰的DNA探针，提示它们是6mA阅读蛋白。

3. 那么，ASXL1结合6mA后，是如何影响带有6mA修饰的基因的表达呢？已有研究表明，6mA主要存在于异染色质区域，而异染色质的组蛋白修饰包括H3K27me3和H2A-Ub等。研究者意外地发现，敲低6mA甲基化酶METTL4显著提高H2A-Ub去泛素化酶ASX1L的表达，而H2A-Ub也明显降低。这提示METTL4有可能招募了ASX1L的水解酶。

确实，研究者发现METTL4促进E3泛素连接酶TRIP12与ASX1L的结合，提示6mA位点的异染色质标志物H2A-Ub的降低是由于敲低METTL4后，TRIP与ASX1L结合降低造成的。

总的来说，研究者通过以上实验得到如下6mA工作模型：METTL4和ALKBH4作为6mA的甲基化酶和去甲基化酶，调控DNA甲基化的丰度。ASXL1和MPND因识别6mA修饰而来到带有6mA修饰的基因附近，此时E3泛素连接酶TRIP12与ASXL1和MPND结合，造成它们的降解，使得该基因座位的H2A-Ub修饰得到保留，基因表达继续被抑制。这一机制也使得6mA在生长发育过程中扮演重要角色。

然而，遗憾的是，虽然研究者鉴定了两个新的6mA修饰酶，但是却未评价已鉴定的N6AMT1和ALKBH1的催化活性，因此，6mA是否由多个蛋白共同催化，这些催化酶是如何分工的，它们所识别的DNA motif是否相同，尚不得知。

此外，关于ASXL1和MPND对6mA的阅读，在编者看来这似乎是“自杀式阅读”：ASXL1和MPND阅读6mA后，促进了E3泛素连接酶TRIP12对它们的结合，导致了自身的降解。但是研究者仅证明了METTL4促进E3泛素连接酶TRIP12与ASXL1的结合，这似乎与ASXL1识别6mA修饰无关，6mA修饰本身能否促进ASXL1的降解，尚不清楚。

另外，有研究发现6mA与H3K9me3修饰存在明显的共定位【3】，是否有6mA的阅读蛋白促进了H3K9me3修饰，还有待进一步研究。

DNA 6mA的研究才刚开始，鉴于它在生长发育和癌症中的重要功能，相信未来会有更多人关注6mA，也会有更多研究为我们解开谜团。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.03.018

制版人：珂

参考文献

1. T. P. Wu, T. Wang, M. G. Seetinet al. DNA methylation on N(6)-adenine in mammalian embryonic stem cells. Nature，2016，532（7599）：329-333

2. C. L. Xiao, S. Zhu, M. Heet al. N(6)-Methyladenine DNA Modification in the Human Genome. Mol Cell，2018，71（2）：306-318

3. Xie, Q., Wu, T.P., Gimple, R.C., Li, Z., Prager, B.C., Wu, Q., Yu, Y., Wang, P.,Wang, Y., Gorkin, D.U., et al. (2018). N6-methyladenine DNA modification in glioblastoma. Cell 175, 1228–1243.

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