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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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北京时间2021年5月27日晚23时，美国纪念斯隆凯特琳癌症中心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”。
该研究发现在所有m6A阅读蛋白中，细胞核内m6A阅读蛋白YTHDC1对AML细胞生存尤为关键。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，敲低YTHDC1导致AML细胞增殖减慢，髓系分化增强，细胞凋亡增多并且显著抑制小鼠中AML的发展。
机制上，YTHDC1结合m6A-mRNA通过相分离的方式形成核内凝聚物，保护其靶点基因不被降解，促进基因表达。该研究阐明了YTHDC1对AML发展的重要作用，并发现了YTHDC1识别m6A调控基因表达的新机制。
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。
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。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.ccell.2021.04.017
参考文献
1,Vu, L. P. et al. The N(6)-methyladenosine (m(6)A)-forming enzyme METTL3 controls myeloid differentiation of normal hematopoietic and leukemia cells. Nat Med 23, 1369-1376, doi:10.1038/nm.4416 (2017). 2,Barbieri, I. et al. Promoter-bound METTL3 maintains myeloid leukaemia by m(6)A-dependent translation control. Nature 552, 126-131, doi:10.1038/nature24678 (2017). 3,Weng, H. et al. METTL14 Inhibits Hematopoietic Stem/Progenitor Differentiation and Promotes Leukemogenesis via mRNA m(6)A Modification. Cell Stem Cell 22, 191-205 e199, doi:10.1016/j.stem.2017.11.016 (2018). 4,Bansal, H. et al. WTAP is a novel oncogenic protein in acute myeloid leukemia. Leukemia 28, 1171-1174, doi:10.1038/leu.2014.16 (2014). 5,Li, Z. et al. FTO Plays an Oncogenic Role in Acute Myeloid Leukemia as a N(6)-Methyladenosine RNA Demethylase. Cancer Cell 31, 127-141, doi:10.1016/j.ccell.2016.11.017 (2017). 6,Wang, J. et al. Leukemogenic Chromatin Alterations Promote AML Leukemia Stem Cells via a KDM4C-ALKBH5-AXL Signaling Axis. Cell Stem Cell, doi:10.1016/j.stem.2020.04.001 (2020). 7,Shen, C. et al. RNA Demethylase ALKBH5 Selectively Promotes Tumorigenesis and Cancer Stem Cell Self-Renewal in Acute Myeloid Leukemia. Cell Stem Cell, doi:10.1016/j.stem.2020.04.009 (2020). 8,Paris, J. et al. Targeting the RNA m(6)A Reader YTHDF2 Selectively Compromises Cancer Stem Cells in Acute Myeloid Leukemia. Cell Stem Cell 25, 137-148 e136, doi:10.1016/j.stem.2019.03.021 (2019). 9,Liu, J. et al. N (6)-methyladenosine of chromosome-associated regulatory RNA regulates chromatin state and transcription. Science 367, 580-586, doi:10.1126/science.aay6018 (2020). 10,Li, Y. et al. N(6)-Methyladenosine co-transcriptionally directs the demethylation of histone H3K9me2. Nat Genet, doi:10.1038/s41588-020-0677-3 (2020). 11,Liu, J. et al. The RNA m(6)A reader YTHDC1 silences retrotransposons and guards ES cell identity. Nature, doi:10.1038/s41586-021-03313-9 (2021). 12,Xu, W. et al. METTL3 regulates heterochromatin in mouse embryonic stem cells. Nature, doi:10.1038/s41586-021-03210-1 (2021). 13,Chen, C. et al. Nuclear m(6)A reader YTHDC1 regulates the scaffold function of LINE1 RNA in mouse ESCs and early embryos. Protein Cell, doi:10.1007/s13238-021-00837-8 (2021). 14,Xiao, W. et al. Nuclear m(6)A Reader YTHDC1 Regulates mRNA Splicing. Mol Cell 61, 507-519, doi:10.1016/j.molcel.2016.01.012 (2016). 15,Zhang, C. et al. METTL3 and N6-Methyladenosine Promote Homologous Recombination-Mediated Repair of DSBs by Modulating DNA-RNA Hybrid Accumulation. Mol Cell, doi:10.1016/j.molcel.2020.06.017 (2020). 16,Roundtree, I. A. et al. YTHDC1 mediates nuclear export of N(6)-methyladenosine methylated mRNAs. Elife 6, doi:10.7554/eLife.31311 (2017).
https://blog.sciencenet.cn/blog-3423233-1288584.html
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