Cancer Cell |程远明/谢伟等揭示细胞核内m⁶A阅读蛋白YTHDC1通过相分离调控基因表达促进AML发展的机制

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RNA表观修饰是表观遗传学研究领域的前沿方向。截止目前，已经有超过100种RNA的化学修饰被鉴定出来，而作为真核生物mRNA内部丰度最高的RNA修饰，m⁶A的功能研究备受关注。m⁶A可以被甲基转移酶复合体（writer）复合体写入mRNA， 被去甲基化酶（eraser）去除，处于动态平衡当中。细胞中有不同的m⁶A阅读蛋白（reader）可以识别mRNA上的m⁶A修饰，进而决定mRNA的命运，调控基因表达。近年来的大量研究表明m⁶A的异常与多种类型肿瘤发生，转移及耐药等病理过程密切相关。前期多篇报道分别揭示了m⁶A甲基转移酶复合体中METTL3【1, 2】、METTL14【3】、WTAP【4】，去甲基化酶FTO【5】、ALKBH5【6,7】，阅读蛋白YTHDF2【8】在AML发生发展中的重要功能。但是m⁶A在AML中被识别进而调控基因表达的机制却并不清楚。

2021年5月27日，纪念斯隆凯特琳癌症中心的Michael G Kharas教授（程远明博士与 Dinshaw J Patel实验室谢伟博士为共同第一作者）在Cancer Cell 发表文章 N⁶-methyladenosine on mRNA facilitates a phase-separated nuclear body that suppresses myeloid leukemic differentiation，揭示了细胞核内m⁶A阅读蛋白YTHDC1通过相分离调控基因表达促进AML发展的机制。

该研究利用已发表的14种AML细胞系中CRISPR Screen的数据发现，在所有m⁶A阅读蛋白中，细胞核内m⁶A阅读蛋白YTHDC1对AML细胞生存最为关键。研究者发现YTHDC1在多个不同亚型的AML病例样本中显著高表达，而在AML细胞系中通过shRNA敲低YTHDC1或者通过CRISPR敲除YTHDC1则导致AML细胞增殖减慢，髓系分化增强，细胞凋亡增多。在AML细胞系和病例样本移植（PDX）的小鼠模型中，敲低YHTDC1显著抑制小鼠中AML的发展，进一步证明了YTHDC1对AML的发展至关重要。

那么YTHDC1怎么调控其靶向基因表达的呢？研究人员发现YTHDC1可以在细胞核内形成区室化结构，并且相比于人源HSPCs，这种区室化结构在AML细胞中明显增多。进一步研究发现，无论在体外还是细胞内，YTHDC1可以结合m⁶A修饰的RNA，进而通过液相分离的方式形成具有液相性质的凝聚物，被命名为“核内YTHDC1-m⁶A凝聚体（nuclear YTHDC1-m⁶A condensates，nYACs）”。在分子水平上，通过Hyper-TRIBE与iCLIP等技术鉴定YTHDC1的结合位点，结合RNA-seq与m⁶A图谱，研究人员发现MYC是YTHDC1的一个重要靶点，并且MYC过表达可以部分回补YTHDC1敲低引起的表型。有趣的是，不同与细胞质中m⁶A阅读蛋白YTHDF2促进m⁶A修饰的mRNA降解，YTHDC1结合m⁶A-mRNA形成nYACs促进其靶基因mRNA稳定性，进而促进基因表达。敲低YTHDC1导致MYC mRNA更多结合于细胞核里降解polyA-RNA的PAXT（polyA tail exosome targeting）-exosome复合体，进而引起RNA降解。

综上，该研究首次阐明了在AML中相分离形成的nYACs的重要功能，并且提出YTHDC1可以作为一个新的AML治疗的潜在靶点。除此之外，近期多项高水平研究表明YTHDC1通过结合细胞核内m⁶A调控染色体状态进而调控转录【9-13】，YTHDC1还参与了细胞核内mRNA剪接【14】，DNA双链断裂修复【15】及细胞核内RNA向细胞质的运输【16】等细胞内多种生理过程。该项研究为YTHDC1在细胞核内的多种不同功能提供了一个新模型，即YTHDC1结合m⁶A在细胞核内形成nYACs，为不同反应提供微反应器。这一发现有助于人们更好的理解m⁶A对mRNA命运决定及基因表达调控的机制。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2021.04.017

制版人：十一

参考文献

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