近年來，RNA表觀遺傳學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)RNA甲基化修飾，特別是m6A甲基化修飾，在哺乳動物的轉(zhuǎn)錄組中廣泛存在，并且在多種生理和病理過程中發(fā)揮著重要的生物學(xué)功能，引領(lǐng)了RNA以及表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的又一個熱潮。高通量測序揭示在人和小鼠的轉(zhuǎn)錄組中有1/3-1/2的mRNA轉(zhuǎn)錄本具有m6A修飾【1，2】。理論上每一個m6A的保守元件RRACH（R代表G或A，H代表A,C或U）都可以被m6A的甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物（MTC，m6A methyltransferase complex，由METTL3和METTL14兩個核心組分形成的二聚體， 加上WTAP作為該二聚體的co-factor）識別，并對其中的A進(jìn)行甲基化修飾，但是在體內(nèi)并不是每一處RRACH都具有甲基化修飾。

究竟是什么樣的機(jī)制選擇決定了體內(nèi)特異位點(diǎn)的m6A甲基化修飾？為什么m6A甲基化修飾更傾向于發(fā)生在mRNA的CDS和3’UTR，特別是聚集在終止密碼子附近？

另外，雖然有些證據(jù)提示m6A甲基化修飾很可能是共轉(zhuǎn)錄(co-transcriptionally)發(fā)生的，但相關(guān)分子機(jī)制很不清楚。這些問題在RNA表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域一直備受關(guān)注并亟待解決。

2019年3月14日，美國希望之城國家醫(yī)療中心（City of Hope National Medical Center）貝克曼研究所 (Beckman Research Institute) 的陳建軍教授研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中山大學(xué)楊建華教授團(tuán)隊(duì)、芝加哥大學(xué)何川教授團(tuán)隊(duì)以及辛辛那提兒童醫(yī)院黃剛教授團(tuán)隊(duì)在Nature雜志發(fā)表了題為Histone H3 trimethylation at lysine 36 guides m6A RNA modification co-transcriptionally的論文，報(bào)道了組蛋白H3上的36位賴氨酸三甲基化修飾（H3K36me3）可以被METTL14識別，從而在轉(zhuǎn)錄過程中動態(tài)并特異地介導(dǎo)了m6A甲基化修飾的發(fā)生。

該研究通過分析全基因組組蛋白修飾圖譜和轉(zhuǎn)錄組m6A圖譜，發(fā)現(xiàn)m6A甲基化修飾大量富集在H3K36me3信號峰附近，而且這兩種修飾都同樣富集于基因的CDS和3’UTR區(qū)域，暗示它們之間可能存在某種聯(lián)系。

當(dāng)通過敲低組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶SETD2或過表達(dá)組蛋白去甲基化酶KDM4A以降低胞內(nèi)H3K36me3修飾時(shí)，m6A RNA甲基化修飾也發(fā)生顯著下降，表明組蛋白H3K36me3修飾可調(diào)控m6A RNA修飾。

研究者采用表觀遺傳編輯的技術(shù)(將組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶或去甲基化酶與核酸酶失活的“dead”Cas9 （dCas9）融合，在sgRNA引導(dǎo)下對特異染色質(zhì)位點(diǎn)進(jìn)行修飾)進(jìn)一步證實(shí)了這種因果關(guān)系。利用dCas9-KDM4A融合蛋白去除MYC基因 3’端的H3K36me3修飾，能夠顯著降低該區(qū)域的m6A修飾；相反，利用dCas-SETD2融合蛋白在原本沒有H3K36me3修飾的GNG4基因的5’端引入H3K36me3修飾，能夠顯著提高該區(qū)域的m6A修飾水平。

研究者進(jìn)一步通過大量的ChIP-seq和m6A-seq發(fā)現(xiàn)，當(dāng)敲低SETD2使基因組中的H3K36me3降低時(shí)，轉(zhuǎn)錄組中的m6A修飾也發(fā)生全局性去甲基化。這些m6A去甲基化位點(diǎn)主要富集在CDS和3’UTR區(qū)域，并且與METTL3和METTL14介導(dǎo)的m6A甲基化修飾位點(diǎn)高度重疊。同時(shí)，通過對METTL14的ChIP–seq分析，研究者發(fā)現(xiàn)METTL14主要結(jié)合在gene body區(qū)，并與H3K36me3有很強(qiáng)的相關(guān)性，這說明確實(shí)是METL14將 H3K36m3與m6A聯(lián)系起來。

進(jìn)一步的機(jī)制研究顯示， METTL14能夠充當(dāng)H3K36me3閱讀器直接識別H3K36me3修飾。結(jié)合到H3K36me3上的METTL14，同時(shí)與RNA聚合酶II（POL II）結(jié)合，從而使MTC復(fù)合物在轉(zhuǎn)錄延伸過程中介導(dǎo)新生RNA鏈上的m6A甲基化。

那么，組蛋白H3K36me3修飾調(diào)控RNA m6A修飾的生理意義是什么呢？

m6A的動態(tài)調(diào)控在胚胎干細(xì)胞的自我更新和分化中發(fā)揮了重要功能。研究者以胚胎干細(xì)胞為模型，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)敲低小鼠胚胎干細(xì)胞中的SETD2，可引起基因組H3K36me3和轉(zhuǎn)錄組m6A修飾同時(shí)顯著降低。去甲基化主要發(fā)生在干性相關(guān)基因上，比如Oct4、Nanog、Sox2和Klf4，從而導(dǎo)致這些干性基因的表達(dá)增強(qiáng)并抑制小鼠胚胎干細(xì)胞的體外分化進(jìn)程。說明這一機(jī)制在小鼠的胚胎干細(xì)胞分化過程中具有重要意義。

該研究首次從全基因組和轉(zhuǎn)錄組角度揭示了m6A 對RNA以及修飾位點(diǎn)集中在stop codons附近的選擇決定機(jī)制，闡明了組蛋白H3K36me3修飾通過招募METTL14，介導(dǎo)MTC對新生RNA m6A修飾的工作模型（下圖），證實(shí)了表觀遺傳組與表觀轉(zhuǎn)錄組之間存在密切關(guān)聯(lián)，為表觀遺傳領(lǐng)域的研究開辟了新的方向。

同時(shí)，我們也注意到，關(guān)于m6A在stop codons富集的機(jī)制，Richard I. Gregory教授等（Nature, 2018）給出了另一種可能的原因。他們發(fā)現(xiàn)METTL3與eIF3h結(jié)合，通過促進(jìn)mRNA的環(huán)化調(diào)節(jié)蛋白翻譯效率，而METTL3結(jié)合在mRNA的位置，正好是3’UTR靠近stop codons的地方。因此，METTL3很可能在促進(jìn)翻譯的同時(shí)促進(jìn)了該位點(diǎn)的m6A修飾【3】。

有趣的是，轉(zhuǎn)錄過程發(fā)生在細(xì)胞核中，而翻譯發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中，這兩項(xiàng)研究似乎可以通過空間的隔離達(dá)成和解：在細(xì)胞核中，METTL14結(jié)合H3K36me3，介導(dǎo)新生RNA的m6A修飾；在細(xì)胞質(zhì)中，METTL3結(jié)合eIF3h，介導(dǎo)正在翻譯的mRNA的m6A修飾。

事實(shí)上，m6A去甲基化酶FTO就是一個核質(zhì)穿梭的蛋白。何川教授等人（Molecular Cell,2018）發(fā)現(xiàn)FTO在不同細(xì)胞中的核質(zhì)分布比例不同，而不同的定位又會造成FTO具有不同的功能【4】。

那么，MTC復(fù)合體在不同體系中的核質(zhì)分布是否不同？MTC的不同分布對m6A的影響是什么？MTC的亞細(xì)胞定位是由什么機(jī)制決定的？有待進(jìn)一步研究。

此外，值得一提的是，Tony Kouzarides教授等人(Nature, 2017)發(fā)現(xiàn)METTL3和METTL14主要結(jié)合在白血病細(xì)胞基因組的啟動子區(qū)，并與組蛋白H3K4me3修飾相關(guān)【5】，這似乎和METTL14結(jié)合富集在3’UTR和CDS區(qū)的H3K36me3修飾矛盾。進(jìn)一步分析METTL14在不同體系中與DNA和組蛋白修飾的互作情況，將有可能給出合理的解釋。

最后，類似組蛋白，RNA上也具有豐富的不同種類的修飾，同一RNA分子是否受多種不同修飾的影響？這些修飾之間是否存在cross talk？RNA修飾間的cross talk是否影響m6A的選擇性？中科院上海生化所的陳玲玲教授等人（Molecular Cell，2018）發(fā)現(xiàn)RNA m6A抑制RNA A-to-I編輯【6】，說明不同RNA修飾間確實(shí)存在cross talk，但目前對促進(jìn)m6A的其他RNA修飾，還未見有報(bào)道。

RNA m6A修飾是一個非常富有朝氣和活力的研究領(lǐng)域，期待未來更多的研究為我們?nèi)娴慕沂緈6A的加工，選擇和功能！

據(jù)悉，陳建軍教授研究組的助理研究教授黃慧琳、翁桁游，楊建華教授研究組的博士生周克任以及何川教授研究組的博士生吳桐和趙伯譞為本文的共同第一作者，陳建軍教授、楊建華教授、何川教授和黃剛教授為本文的共同通訊作者。

原文鏈接：

https:///10.1038/s41586-019-1016-7

朱冰（中科院生物物理研究所研究員，國家“杰青”）

表觀遺傳修飾的研究大致可以分為兩個方向：抑制基因表達(dá)的表觀遺傳修飾，例如DNA甲基化和組蛋白H3K9和H3K27甲基化；伴隨活躍轉(zhuǎn)錄的表觀遺傳修飾，例如組蛋白乙酰化和H3K4和H3K36的三甲基化修飾。對于抑制性表觀遺傳修飾，大家的關(guān)注領(lǐng)域主要是它們在細(xì)胞命運(yùn)的繼承和轉(zhuǎn)換中的作用。它們往往起著穩(wěn)定細(xì)胞命運(yùn)繼承和阻礙細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)換的作用。對于伴隨活躍轉(zhuǎn)錄的表觀遺傳修飾，則經(jīng)常還有一個存在誤導(dǎo)性的稱呼，也即所謂激活性的表觀遺傳修飾。確實(shí)，組蛋白乙?；揎棿_實(shí)可以幫助激活轉(zhuǎn)錄，但其它一些伴隨活躍轉(zhuǎn)錄的表觀遺傳修飾卻未必起著直接激活轉(zhuǎn)錄的作用。例如啟動子區(qū)富集的H3K4三甲基化修飾，它確實(shí)可以參與通用轉(zhuǎn)錄因子TFIID的招募，但其在轉(zhuǎn)錄激活過程中的貢獻(xiàn)只是輔助性的。富集于基因區(qū)的H3K36三甲基化修飾雖然是和轉(zhuǎn)錄活性相關(guān)性最高的表觀遺傳修飾，但其實(shí)并沒有明確的證據(jù)表明其促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。那么，它的作用是什么呢？這篇文章給出了一個非常新穎有趣的指向。

在這篇文章中， 陳建軍/楊建華/何川/黃剛實(shí)驗(yàn)室合作發(fā)現(xiàn)，組蛋白H3K36三甲基化修飾與mRNA 的m6A修飾在細(xì)胞內(nèi)存在正相關(guān)性，負(fù)責(zé)mRNA m6A修飾的MTC復(fù)合體中的METTL14亞基能夠直接識別三甲基化的H3K36，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)MTC復(fù)合體的染色質(zhì)招募。

該工作的展開非常清晰明了。其新穎性是將伴隨活躍轉(zhuǎn)錄的表觀遺傳修飾H3K36三甲基化和最近非?；钴S的領(lǐng)域mRNA的m6A修飾銜接了起來。由于轉(zhuǎn)錄就發(fā)生在其染色質(zhì)模板附近，長期以來，科學(xué)家們都認(rèn)為伴隨轉(zhuǎn)錄的表觀遺傳修飾應(yīng)該可以協(xié)調(diào)共轉(zhuǎn)錄發(fā)生的mRNA加工事件。例如，H3K36三甲基化修飾也被報(bào)道參與mRNA的剪接調(diào)控。然而，這一領(lǐng)域中特別明確的例證不多，而該工作恰恰在這個領(lǐng)域里指出了一個新的方向——H3K36三甲基化修飾也能協(xié)調(diào)mRNA的共價(jià)修飾。

由于這是一個新的方向，有很多問題可能會是今后需要回答的。例如：1. 幾乎所有活躍轉(zhuǎn)錄的基因上都有高的H3K36三甲基化修飾，但m6A 修飾在不同的mRNA中存在較大的差異，其選擇性是如何實(shí)現(xiàn)的？2. METTL14沒有已知的H3K36甲基化識別結(jié)構(gòu)域，它和H3K36三甲基化的結(jié)合應(yīng)該通過一個新的識別機(jī)制實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)生物學(xué)基礎(chǔ)是什么？

制版人：子陽

1. Meyer, K. D. et al. Comprehensive analysis of mRNA methylation reveals enrichment in 3′ UTRs and near stop codons. Cell 149, 1635–1646 (2012).

2. Dominissini, D. et al. Topology of the human and mouse m6A RNA methylomes revealed by m6A-seq. Nature 485, 201–206 (2012).

3. Junho Choe, et al. mRNA circularization by METTL3–eIF3h enhances translation and promotes oncogenesis，Nature 561, pages556–560 (2018)

4. Jiangbo Wei, et al. Differential m6A, m6Am, and m1A Demethylation Mediated by FTO in the Cell Nucleus and Cytoplasm，Molecular Cell, Vol. 71, Issue 6

5. Isaia Barbieri, et al. Promoter-bound METTL3 maintains myeloid leukaemia by m6A-dependent translation control. doi:10.1038/nature24678

6. Jian-Feng Xiang, et al. N6-Methyladenosines Modulate A-to-I RNA Editing, Molecular Cell，Volume 69, ISSUE 1, P126-135.e6, January 04, 2018