陳捷凱課題組發現RNAm6A修飾調控異染色質形成的新機制

　　近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院研究員陳捷凱課題組發現了RNA m6A修飾調控異染色質形成的新機制，闡明了RNA m6A閱讀器YTHDC1在這一機制中的關鍵作用：抑制基因組中廣泛分布的ERVK、IAP、LINE1等轉座元件限制胚胎干細胞向全能性干細胞轉化，相關研究成果以The RNA m6A reader YTHDC1 silences retrotransposons and guards ES cell identity為題，于北京時間3月4日發表在Nature上。

　　RNA上的N6-腺苷酸甲基化（m6A）是mRNA上最豐富的RNA修飾，YTH結構域是已知的能夠特異性識別m6A的結構域，因此，RNA m6A可通過被含YTH結構域的閱讀器蛋白（reader）識別，進而參與各種生物學功能。通過基因敲除實驗，研究人員發現，m6A催化酶METTL3敲除的小鼠在E8.5前就胚胎致死，而大部分m6A閱讀器基因的敲除并不會導致胚胎致死，包括3個分布在細胞質中主要參與mRNA調控的YTH基因（Ythdf1-3），只有分布在細胞核中的Ythdc1敲除后會出現早期的胚胎致死，提示m6A可能具有與YTHDC1有關的其他尚不清楚的重要生物學功能。

　　由于文獻中至今尚未報道能夠建立Ythdc1敲除的胚胎干細胞系，陳捷凱課題組運用條件敲除策略，針對編碼YTH結構域重要部分的Ythdc1外顯子7-9進行條件性敲除，發現敲除后細胞增殖能力迅速下降，基因表達譜出現2C-like（2C指受精卵卵裂后的二細胞期，小鼠在這一階段啟動合子基因組激活）的特征基因激活和逆轉錄轉座元件激活。胚胎干細胞屬于多能性干細胞，在小鼠胚胎發育中與囊胚內細胞團（ICM）的發育階段相近，而2C-like細胞具備全能性，多能性干細胞在培養中會隨機出現少量的2C-like細胞，這一多能性-全能性的轉變過程是近年來干細胞領域的研究熱點，科研人員希望通過了解其機制，發現維持全能性的可能方法。此前，科研人員已發現了RNA m6A調控胚胎干細胞退出多能性，該研究工作進一步發現了RNA m6A在全能性-多能性轉變中的調控作用。

　　課題組在此前的工作中發現H3K9me3催化酶SETDB1在體細胞重編程、轉座元件抑制、全能性-多能性轉化中的重要作用（Nature Genetics 2013，Cell Reports 2020），因為表型一致，研究人員進一步研究了RNA m6A是否參與SETDB1-H3K9me3的調控。

　　遺傳物質以染色質的形式存在，其中，活躍轉錄的部分為常染色質，致密的異染色質代表被沉默的遺傳信息。組蛋白H3K9me3是異染色質的重要修飾，也是細胞命運決定的重要機制。在小鼠胚胎干細胞（mES細胞）中，除了組成型異染色質（著絲粒、端粒等），H3K9me3主要標記遍布基因組的逆轉錄轉座子（Retrotransposons）上并沉默這些區域。逆轉錄轉座子上的H3K9me3由SETDB1負責催化，敲除SETDB1會導致這些元件重激活并使胚胎干細胞轉化為具有全能性特征的、類似2細胞期的細胞（2C-like細胞）。但SETDB1是如何特異性地被募集到逆轉錄轉座子區域的？目前已有一些機制研究表明，哺乳動物進化過程中會通過含KRAB結構域的鋅指蛋白的進化來特異性沉默一部分轉座元件（KRAB結構域會通過KAP1招募SETDB1），但該機制并不覆蓋所有各種類型的轉座元件，提示還存在未發現的機制。

　　該研究發現，YTHDC1能夠直接結合轉座子元件（TE）轉錄出來的RNA上的m6A修飾，并招募SETDB1到相應的染色質位置，催化轉座元件上的H3K9me3形成異染色質并使這些轉座元件沉默。敲除Ythdc1會導致Setdb1依賴性的H3K9me3信號大幅下降，證明了YTHDC1是SETDB1介導逆轉錄轉座子沉默的重要機制環節，也揭示了RNA m6A調控染色質的功能。

RNA m6A結合蛋白YTHDC1調控異染色質形成