Nat Commun︱肖东/孙妍课题组合作揭秘RNA表观遗传修饰调控自噬的新机制
撰文︱郝伟超，奠梅娟，孙妍，肖东责编︱方以一，王思珍编辑︱杨彬薇
自噬是维持细胞内稳态和更新的重要进化机制。自噬的调节对于生命过程至关重要，包括维持干细胞特性、调节胚胎发育、形成天然免疫、影响衰老和寿命等[1-4]，而自噬功能的障碍可导致癌症进展、神经退行性疾病、异常炎症反应、各种代谢紊乱和寿命缩短[5-9]。尽管调节自噬的营养传感器已有报道[10,11]，然而，诸如m6A等表观转录修饰在调节饥饿诱导的自噬中的作用尚不清楚。已有一系列研究揭示了营养缺乏和其它应激反应中表观转录组学的明显动态变化，提高了这种变化与自噬调节相关的可能性[12-17]。因此，作者推测动态可逆的RNA修饰可响应不断变化的营养信号实现迅速的基因调控，对自噬发挥重要影响，并且一些表观转录组成员在此过程中可能发挥关键作用。
2022年10月4日，南方医科大学肖东研究员、广东省人民医院孙妍研究员和南方医科大学汪佳宏助理研究员合作在Nature Communications上发表了题为“Autophagy induction promoted by m6A reader YTHDF3 through translation upregulation of FOXO3 mRNA”的研究。该研究揭示了m6A阅读器YTHDF3作为营养反应器调节自噬诱导的作用和机制，为RNA转录后修饰通过调控自噬应对营养缺乏应激的范式提供了见解。
该研究首先基于原代分离的小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblasts, MEFs)，通过蛋白组学检测，发现在营养缺乏期间，m6A阅读器YTHDF3显著上调（图1a）。进一步的分子和细胞功能实验表明，YTHDF3对于自噬的诱导十分重要，YTHDF3的上调促进了营养缺乏时自噬体的形成和溶酶体性降解（图1c-l）。
图 1 YTHDF3上调对诱导自噬至关重要
（图源：Hao WC, et al., Nat Commun, 2022）
METTL3是mRNA的m6A修饰酶[18]。研究证实，METTL3的表达与其m6A修饰酶的活性在营养缺乏时显著上调（图2a-f），而METTL3的缺失可导致饥饿诱导的功能性m6A修饰抑制并降低YTHDF3介导的自噬流（图2h-m）。接下来，作者探讨了饥饿导致METTL3 m6A修饰酶活性上调及表达增加的机制，发现泛素-核糖体蛋白融合蛋白RPS27a与METTL3的结合减弱显著抑制了METTL3泛素化，是导致饥饿时METTL3蛋白稳定性和丰度增加的主要原因。
图2 YTHDF3需要METTL3介导的m6A修饰来促进自噬
（图源：Hao WC, et al., Nat Commun, 2022）
为探究YTHDF3识别mRNA的m6A修饰诱导自噬的具体分子机制，作者运用饥饿诱导的MEFs细胞模型通过RIP和MeRIP测序（图3a-f），并运用RNA EMSA等分子生物学实验进行了检测（图3g-k），证明METTL3介导的m6A高甲基化在营养缺乏期间介导了YTHDF3-FOXO3 mRNA的相互作用。接着，作者在YTHDF3过表达或沉默的MEFs细胞中进行METTL3或FOXO3表达的干预，并通过相关分子和细胞功能实验进行检测。数据表明，YTHDF3以METTL3依赖的方式调节FOXO3表达和改变FOXO3下游多种关键自噬相关基因表达，且FOXO3对YTHDF3诱导自噬十分重要。机制上，研究表明：YTHDF3可识别FOXO3 mRNA终止密码周围CDS区和3’UTR区的m6A修饰位点，促进FOXO3翻译。此外，YTHDF3还募集了翻译起始因子eIF3a和eIF4B以促进FOXO3翻译，进而启动自噬。
图 3 YTHDF3识别饥饿诱导的FOXO3 mRNA的m6A超甲基化
（图源：Hao WC, et al., Nat Commun, 2022）
图4 营养应激状态下YTHDF3调控自噬过程的工作模式图
（图源：Hao WC, et al., Nat Commun, 2022）
综上所述，该研究成果揭示了表观转录修饰和自噬调控间的重要联系，提供的证据表明，m6A阅读器YTHDF3可通过识别METTL3介导的m6A高甲基化发挥营养反应器的作用诱导自噬，其识别FOXO3 mRNA终止密码周围的高m6A修饰，并募集eIFs以促进FOXO3翻译，进一步转录激活自噬相关基因表达，进而促进自噬（图4）。此研究揭示RNA甲基化修饰可以作为潜在靶点，通过其调控自噬干预某些疾病的进展，例如癌症发生发展或者衰老相关疾病的进程。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-32963-0
该研究由南方医科大学肖东研究员和广东省人民医院/广东省医学科学院孙妍研究员指导完成，广东药科大学附属第一医院暨南方医科大学郝伟超博士和南方医科大学奠梅娟博士为本文的共同第一作者，南方医科大学基础医学院肿瘤研究所暨实验动物管理中心肖东研究员、广东省人民医院/广东省医学科学院孙妍研究员和南方医科大学基础医学院肿瘤研究所汪佳宏助理研究员为本文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金和广东省科技计划项目等基金的资助。
第一作者：奠梅娟（左1）、郝伟超（左2）；通讯作者：孙妍（中）、汪佳宏（右2）、肖东（右1）
（照片提供自：孙妍/汪佳宏/肖东团队）
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本文完