北(běi)京時間2022年11月22日，江門市新會區威信高技術科學研究所（以下(xià)簡稱廣東省智能院）王斌研究員(yuán)實驗室（腦認知(zhī)神經網絡發育和疾病研究組）與中(zhōng)國科學院分(fēn)子細胞科學卓越創新中(zhōng)心鮑岚研究員(yuán)實驗室合作在國際學術期刊 Cell Reports在線發表了題爲“ m6A-modified lincRNA Dubr is required for neuronal development by stabilizing YTHDF1/3 and facilitating mRNA translation”的研究論文。該研究揭示了長鏈非編碼RNA (lncRNA) Dubr的m6A修飾通過穩定YTHDF1/3複合體(tǐ)以及介導mRNA翻譯調控神經元軸突生(shēng)長和遷移及其機制。
神經元作爲一(yī)類高度特化的細胞，具有複雜(zá)的樹(shù)突和軸突。神經元胞體(tǐ)中(zhōng)的mRNA可以運輸至樹(shù)突和軸突，并通過mRNA局部動态翻譯合成新蛋白(bái)，參與調控神經元發育以及神經網絡的建立。課題組前期的研究工(gōng)作發現，初級感覺神經元軸突中(zhōng)富集microRNAs （miRNAs），同時通過調控軸突中(zhōng)的局部翻譯并參與軸突延伸（Wang et al., Cell Reports, 2015; Wang & Bao, Journal of Molecular Cell Biology, 2017）。最近的研究發現，軸突富集的lncRNA ALAE通過競争RNA結合蛋白(bái) KHSRP并與Gap43 mRNA相互作用，從而調節軸突局部翻譯和參與軸突生(shēng)長 (Wei et al., Cell Reports, 2021)。以上的研究表明，非編碼RNA在神經元的發育中(zhōng)發揮重要調控作用。
RNA甲基化修飾是數百種RNA修飾中(zhōng)最普遍和富集的修飾。N6-腺苷酸甲基化 (N6-methyladenosine，m6A)是其中(zhōng)豐度最高的動态修飾，參與RNA代謝、剪接、翻譯、出核和運輸等重要細胞生(shēng)物(wù)學過程。已有的研究表明，m6A甲基化修飾在哺乳動物(wù)大(dà)腦中(zhōng)高度富集，同時在早期神經元分(fēn)化、生(shēng)長以及學習記憶等方面都發揮重要作用。盡管最近的研究提示lncRNA調控神經元軸突發育 (Wei et al., Cell Reports, 2021)，但對這些lncRNA是否存在m6A修飾以及m6A修飾在lncRNA參與神經發育中(zhōng)的功能和作用機制知(zhī)之甚少。
本研究首先對小(xiǎo)鼠背根神經節（DRG）組織中(zhōng)的m6A-CLIP數據和不同組織發育測序的數據進行了整合分(fēn)析，發現lncRNA Dubr被 m6A高度修飾且在神經系統發育早期高表達。利用小(xiǎo)鼠體(tǐ)外(wài)DRG組織培養、神經元微流小(xiǎo)室分(fēn)隔培養以及胚胎電(diàn)轉等方法，發現敲減Dubr可以阻礙DRG神經元的軸突生(shēng)長以及導緻皮層神經元遷移和軸突投射缺陷，而将Dubr的m6A修飾位點突變後則無法挽回神經元的發育缺陷。進一(yī)步的研究發現，Dubr通過m6A修飾位點與m6A閱讀蛋白(bái)YTHDF1和YTHDF3相互作用，同時敲減Dubr或突變Dubr的m6A位點可以加速YTHDF1和YTHDF3蛋白(bái)進入蛋白(bái)酶體(tǐ)依賴的降解途徑，最終導緻蛋白(bái)水平顯著下(xià)降。同時，Dubr、YTHDF1和YTHDF3均能調控與神經元發育相關分(fēn)子Calmodulin和Tau的mRNA翻譯，Dubr通過m6A甲基化促進YTHDF1/3蛋白(bái)複合體(tǐ)的穩定來維持Calmodulin和Tau的mRNA翻譯并促進感覺神經元的軸突生(shēng)長和皮層神經元的正确遷移。
m6A修飾的lncRNA Dubr通過穩定YTHDF1/3複合體(tǐ)和促進mRNA翻譯從而調控神經元發育
綜上所述，本研究揭示了神經元發育中(zhōng)lncRNA的m6A動态修飾通過穩定RNA結合蛋白(bái)調控mRNA翻譯的功能。該研究加深了對于非編碼RNA上m6A動态修飾功能和機制的理解，也爲探究神經系統發育的複雜(zá)調控機制提供了新的視角。
中(zhōng)科院分(fēn)子細胞科學卓越創新中(zhōng)心博士研究生(shēng)黃建松爲本文第一(yī)作者，江門市新會區威信高技術科學研究所的王斌研究員(yuán)和中(zhōng)科院分(fēn)子細胞科學卓越創新中(zhōng)心鮑岚研究員(yuán)爲共同通訊作者。這項工(gōng)作得到了複旦大(dà)學生(shēng)物(wù)醫學研究院的楊力研究員(yuán)、江門市新會區威信高技術科學研究所的張旭院士和南(nán)方科技大(dà)學的蔣興宇教授的大(dà)力支持。該工(gōng)作得到了國家基金委和廣東省高水平創新研究院項目的資(zī)助。
文章鏈接： https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)01567-4
