研究人员揭示了大多数常见哺乳动物mRNA修饰背后的机制

　　

4月2日，中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）任捷团队和杨运桂团队，在《分子细胞》（Molecular Cell）上在线发表了题为DDX21 mediates co-transcriptional RNA m6A modification to promote transcription termination and genome stability的研究论文。该研究揭示了三链核酸结构R-loop、解旋酶DDX21与m6A甲基转移酶METTL3之间的协同机制，以及促进转录终止、维持基因组稳定性的功能。

在基因转录过程中，新生成的RNA可以和模板DNA互补，在染色质上形成由DNA:RNA杂合链和单链DNA组成的三链结构。这种核酸结构被称为R-loop。它的稳态失衡是多种疾病的病理基础。而N6-甲基腺嘌呤（m6A）是对mRNA生命周期进行调控的重要修饰，参与细胞分化与个体发育、应对环境压力、免疫系统功能、肿瘤发生与发展以及病毒感染等生命过程。约半数m6A在新生RNA上随转录生成，但决定共转录修饰的发生以及这些修饰的功能尚不清楚。

该团队通过分析m6A甲基转移酶复合物的三种关键组分免疫共沉淀的蛋白质组分，鉴定出DEAD-box解旋酶DDX21作为m6A甲基转移酶复合物的新型互作因子。进一步，该团队开发并应用针对新生RNA的光激活核糖核苷增强交联免疫沉淀高通量测序，结合基于单链DNA建库的DNA:RNA杂合链免疫共沉淀高通量测序分析，发现R-loop、DDX21和METTL3在基因组上具有显著的共定位。当R-loop或DDX21缺失时，METTL3在染色质上的定位降低，导致染色质相关RNA（caRNA）上m6A水平下降，尤其是在转录终止位置。研究显示，DDX21对m6A修饰的促进作用依赖于其解旋酶活性。

该研究通过绘制RNA聚合酶转录位点的高分辨率图谱，揭示了DDX21与METTL3协同作用。研究显示，通过调控m6A共转录形成，借助其“阅读器”蛋白YTHDC1，共同在促进XRN2介导的转录终止过程中发挥作用。这一过程对于维持基因组的稳定性至关重要。阻断复制过程或者采用CRISPR靶向策略精确抑制转录，可以缓解转录通读区域的基因组不稳定性。

前期工作发现m6A调控R-loop稳态的机制，而该研究提出了R-loop-DDX21-METTL3介导的m6A共转录修饰的新机制，阐明了新生RNA如何通过m6A修饰保证基因组功能和结构稳定性。通过协调一系列的分子招募和酶活性，该研究架起了联接表观转录组、协调转录终止以及维持基因组稳定性之间的桥梁。探讨R-loop-DDX21-METTL3-m6A调控轴的核心结构域和关键酶活性，将有助于发掘出能够调节m6A表观转录组的新靶点。

研究工作得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金等的支持。