马永超组报道m6A 新型Reader促进甲基化RNA细胞核输出的功能

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原标题：Cell Reports | 马永超组报道m6A 新型Reader促进甲基化RNA细胞核输出的功能

在已发现的150种RNA化学修饰中，m6A（N6-adenosine）是丰度最高、功能最重要的一种【1】。m6A是一种可逆的修饰。以METTL3（methyltransferase-like 3）和METTL14（methyltransferase-like 14）为核心组成的复合体“Writers”对RNA进行甲基化修饰， 这些甲基化可以被YTHDF1,2,3（YTH domain family1,2,3） 等 “Reader” 识别，同时m6A可以被作为“Eraser”的FTO和ALKBH5（AlkB homolog 5）等蛋白清除【1】。近几年的研究表明m6A修饰可以调控RNA的稳定性、定位和翻译等，是影响RNA代谢和功能的关键调控之一【2】。但m6A在体内的功能和作用调控机制仍不明确。

2019年7月23日，美国西北大学（Northwestern University）的Yongchao Ma（马永超）课题组在Cell Reports发表了题为FMRP Modulates Neural Differentiation through m6A-Dependent mRNA Nuclear Export的研究成果，报道了FMRP作为m6A的一个reader，可以促进甲基化RNA的细胞核输出，调控神经细胞分化。

脆性X智力低下蛋白FMRP由Fmr1基因编码，其突变会导致脆性X染色体综合征。FMRP是一个RNA结合蛋白，具有核定位序列（nuclear localization sequence，NLS）以及核输出序列（nuclear export sequence，NES），在细胞质和细胞核都有分布，调控基因表达【3,4】。

在Fmr1敲除（KO）小鼠中，作者发现胚胎期神经祖细胞的细胞周期进展延迟，分化缺陷。在出生后，敲除小鼠仍保留有可增殖的神经祖细胞。这些发现和和University of Pennsylvania的Hongjun Song实验室之前报道的Mettl14 条件敲除（conditional KO）小鼠的神经系统发育表型十分相似【5】，提示FMRP和m6A在体内存在功能联系。

由于FMRP在细胞质和细胞核中都有分布，因此作者提出假设，FMRP在甲基化RNA的细胞核输出中发挥作用。通过对Fmr1 WT和KO神经前体细胞（neural precursor cells，NPCs）的细胞核RNA进行RNA-seq，同时和m6A-seq的数据比对，作者分析被m6A修饰的FMRP靶标基因，发现它们在Fmr1 KO的细胞核中富集，并且Gene Ontology分析显示这些基因与细胞分化、神经发育以及胚胎发育等过程相关。选取富集在Notch和Hedgehog通路中几个基因检测，作者发现它们在细胞内整体表达水平相同，但在Fmr1敲除后，细胞核内的RNA含量却显著升高，提示这些RNA滞留在细胞核内，输出出现问题。与此相似，在Mettl14敲除后，这些基因在细胞核内RNA水平也相对较高。这些结果表明细胞核输出既需要FMRP，又需要m6A修饰。随即作者也利用纯化的FMRP蛋白和生物化学和生物物理学手段证明了m6A修饰可以显著增强RNA和FMRP的结合。最后作者进一步证明了这一细胞核输出过程是细胞核输出蛋白CRM1（exportin 1）和FMRP相互作用介导完成的， 提供分子水平的机制。

这一研究由Northwestern University 的Yongchao Ma课题组, University of Pennsylvania的Hongjun Song和The University of Chicago的Chuan He实验室合作完成，表明了FMRP可以特异地结合被m6A修饰的RNA，通过与CRM1相互作用，促进这些RNA的细胞核输出，调控基因表达，进而影响神经干细胞和神经系统发育。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.06.072

参考文献

1. Shi, H., J. Wei, and C. He, Where, When, and How: Context-Dependent Functions of RNA Methylation Writers, Readers, and Erasers. Mol Cell, 2019. 74(4): p. 640-650.

2. Roignant, J.Y. and M. Soller, m(6)A in mRNA: An Ancient Mechanism for Fine-Tuning Gene Expression. Trends Genet, 2017. 33(6): p. 380-390.

3. Richter, J.D., G.J. Bassell, and E. Klann, Dysregulation and restoration of translational homeostasis in fragile X syndrome. Nat Rev Neurosci, 2015. 16(10): p. 595-605.

4. Eberhart, D.E., et al., The fragile X mental retardation protein is a ribonucleoprotein containing both nuclear localization and nuclear export signals. Hum Mol Genet, 1996. 5(8): p. 1083-91.

5. Yoon, K.J., et al., Temporal Control of Mammalian Cortical Neurogenesis by m(6)A Methylation. Cell, 2017. 171(4): p. 877-889 e17.