... id='C3'>中心法则提出,遗传信息从DNA转录为RNA,再从RNA翻译为具有不同功能的蛋白质.表观遗传学指出,基因表达的每个环节都是被严密调控的,相同的核苷酸序列,可表达出可遗传的不同遗传信息,其中以DNA甲基化和组蛋白翻译后修饰为代表.如DNA甲基化修饰5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5mC)[1, 2],它存在于基因的启动子区时,会抑制基因的转录,进一步影响细胞的分化生长.DNA上的5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine,5hmC)有促进基因表达的功能,它在白血病细胞中含量升高[3, 4].组蛋白也可以通过甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等抑制或激活基因表达[5-7].由于RNA结构的复杂、性质的不稳定及研究方法的限制等,人们一直忽略了RNA在表观遗传学中的重要作用,直到2011年发现首个RNA化学修饰N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine,m6A)的去甲基酶[8],才发现RNA的转录后修饰也是表观遗传学的重要环节[9]. ...
... id='C4'>RNA上已鉴定出的100多种化学修饰中[10],m6A是真核生物mRNA上存在的最为保守、广泛的中间修饰(0.1%-0.4% m6A/A),相当于平均每条mRNA含有3-5个m6A [11-13].自20世纪70年代被发现以来,它在病毒[14, 15]、哺乳动物细胞[13, 16-19]、果蝇[20]、植物[21, 22]以及酵母[23]中都陆续被鉴定出来.按RNA的种类分类,m6A还发现于tRNA[24]、rRNA[25]、小核RNA (small nuclear RNA,snRNA)[26]以及长非编码RNA (long non-coding RNA,lncRNA)中.由于m6A不会干扰碱基互补配对,在反转录时不会产生突变,致使其检测比较困难,长久以来研究比较缓慢.直到第一个RNA去甲基酶肥胖蛋白FTO (fat-mass and obesity associated protein)的发现,揭示m6A是动态可逆的,预示着具有调控基因表达的潜在功能[8].自此开启了全新研究领域——RNA表观遗传学(亦称表观转录组学). ...
... id='C5'>mRNA上携带着编辑蛋白序列的密码子,m6A像密码子之上多出的旁注,要解析m6A所携带的信息,需要开发m6A的检测技术,发现和研究m6A甲基转移酶复合物(编码器)、去甲基酶(消码器)和结合蛋白(读码器)的功能.目前,人们已经在哺乳动物细胞中找到m6A甲基转移酶复合物的四个组分METTL3(methyltransferase like 3)[27]、METTL14(methyltransferase like 14)[28]、WTAP (wilms′ tumor1-associating protein)[29]和KIAA1429[30],两个去甲基酶FTO[8]和ALKBH5[31],和一系列结合蛋白,并发展了利用抗体富集的m6A高通量测序技术[32, 33].在植物中,m6A同样被很早发现,1979年Kennedy和Lane[34]在小麦中发现了m6A,1980年Haugland和Cline[21]发现在燕麦胚芽鞘mRNA内部存在m6A,1981年Nichols和Welder[22]在玉米中发现m6A.但是m6A在植物中的研究还比较滞后,主要还停留在对m6A甲基转移酶的研究阶段[35-37]. ...
... id='C9'>由于检测方法的局限,m6A的研究长时间没有取得重大进步.高效液相色谱三重四级杆质谱联用技术(HPLC-LC/MS/MS)可以更加精确地定量m6A并监测其动态变化[8, 31].m6A抗体免疫印迹方法(dotblot)[8, 31, 33]也可以更方便灵敏地检测出m6A的含量.m6A广泛分布在各种组织中,尤其富集在大脑、肝脏、肾脏中,并且在大脑的发育中,m6A的含量逐渐升高[33].m6A在各种癌细胞系中含量也不同[32].在不同的拟南芥株系中,mRNA上m6A含量也是动态变化的[43].这些m6A的动态变化也说明m6A发挥着重要的调控功能. ...
... [8, 31, 33]也可以更方便灵敏地检测出m6A的含量.m6A广泛分布在各种组织中,尤其富集在大脑、肝脏、肾脏中,并且在大脑的发育中,m6A的含量逐渐升高[33].m6A在各种癌细胞系中含量也不同[32].在不同的拟南芥株系中,mRNA上m6A含量也是动态变化的[43].这些m6A的动态变化也说明m6A发挥着重要的调控功能. ...
... id='C23'>目前发现的m6A的去甲基酶只有哺乳动物细胞的FTO[8]及ALKBH5[31].它们同属于二价铁和α-酮戊二酸依赖的双加氧酶AlkB家族,人体中发现有9个AlkB家族蛋白,包括ALKBH1-8和FTO.降低FTO在细胞内的表达量会引起RNA上m6A水平的升高.FTO主要定位在细胞核中.ALKBH5与RNA的相互作用力比FTO强,因为直接用免疫共沉淀的方法就发现了其作用的RNA底物.此外在小鼠的睾丸中ALKBH5有很高的表达量,敲除ALKBH5的小鼠精子发育出现异常. ...
... id='C25'>植物中m6A的去甲基酶的鉴定还是十分重要的,它将直接证明m6A在植物中也是动态可逆发挥重要的调控功能的.但是由于植物中AlkB家族同源蛋白较多,目前相关研究很少.而且AlkB家族蛋白的功能十分广泛,有可能识别单链或双链DNA[58, 59]、单链RNA[8, 31]或双链RNA,也有可能作为蛋白上的去甲基酶[60],还有可能是其他甲基化修饰的去甲基酶[58, 61].所以想要发现和鉴定出mRNA上m6A去甲基酶需要大量细致的工作.目前我们已经发现了拟南芥中的m6A的一个去甲基酶,可以调控拟南芥的开花时间(数据尚未发表). ...