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N6-甲基腺嘌呤（m6A）是哺乳动物mRNA内部最常见、研究最为广泛的修饰，这种可逆的修饰对于多种生理学过程中的基因表达有着广泛深刻的影响。转录组中存在着数万个m6A位点，参与调控mRNA代谢的多个步骤。而m6A修饰失调则与癌症、神经系统疾病、胚胎发育迟缓等病症相关。
此前的研究已经揭示了m6A甲基化的一系列调控因子，但在表观转录组学领域，一个核心问题尚未得到答案：m6A表观转录组分布特异性的机制基础是什么？
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m6A在转录组上的分布具有显著的区域选择性，特定转录本上的m6A使得“阅读”蛋白优先结合这些m6A标记的转录本从而调控其基因表达，因此选择性甲基化对于m6A介导的基因调控具有关键性作用。但目前对这一选择性的机制仍缺少深入的理解，大多数针对调控m6A甲基化选择性的研究都关注于选择性激活特定区域甲基化的机制。然而，控制m6A甲基化并赋予m6A表观转录组特异性的主要机制仍未被发现。
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在最新一期《科学》杂志上，美国芝加哥大学何川教授团队在线发表论文，鉴定出外显子拼接复合体（EJCs）作为m6A“抑制器”，调控mRNA m6A的区域选择性，从而决定了整体m6A表观组分布特异性。外显子体系结构（exon architecture）通过这一机制影响mRNA稳定性。这一发现还表明，外显子体系结构通过对外显子结（exon junction）近端的mRNA包装，广泛决定了mRNA调控机制对于局部RNA的可及性。
在最新论文中，研究团队设计了一种针对m6A甲基化的大规模并行检测试验，以系统性评估表观转录组尺度下影响m6A甲基化的决定性因素。令人惊讶的是，作者发现m6A甲基化的全局分布的特异性主要由m6A“抑制器” 通过对靶向转录本特定区域的m6A甲基化选择性抑制控制——这一发现颠覆了目前对于m6A甲基化选择性研究的范式。
利用这套试验工具，作者鉴定了第一个m6A“抑制器”：外显子拼接复合体（EJCs）。作者发现EJCs协同周边因子RNPS1对近端mRNA包装，从而抑制外显子结附近的m6A甲基化；在转录组上，数千至上万的m6A位点受EJCs以依赖外显子长度的方式的抑制，而远离外显子结的长内部外显子和终止密码子附近m6A位点可以逃脱这一抑制，因此造成了m6A特殊的全局分布，包括区域选择性和转录本选择性。
▲大规模并行检测试验得以揭示影响m6A甲基化的决定性因素（图片来源：参考资料[1]）
这种EJCs介导的m6A甲基化抑制机制对于维持正常的基因表达至关重要，EJCs缺失导致mRNA的普遍m6A超甲基化，进而招募更多的m6A“阅读器”，造成m6A介导的转录本不稳定。
在人类和小鼠组织中，EJCs高表达与整体mRNA的m6A甲基化以及高丰度相对应，说明EJCs在这些组织中通过抑制m6A甲基化调节mRNA稳定性。大量受EJCs抑制的m6A位点在人类组织中保守存在，但也有数百个EJCs抑制的m6A位点因存在含有更长内部外显子的转录变体而逃脱抑制。这些转录变体导致了组织特异性m6A甲基化模式和与复杂性状和疾病相关的m6A甲基化的个体间遗传变异。
▲研究揭示了外显子拼接复合体调控mRNA m6A的区域选择性，从而决定了整体m6A表观组分布特异性。（图片来源：参考资料[1]）
最后，作者发现EJCs抑制的m6A甲基化位点与EJCs抑制的剪接位点高度共定位，说明除了m6A甲基转移酶复合体，EJCs对外显子结近端mRNA的包装广泛地影响mRNA调控机制对局部mRNA的可及性。
综上，这项工作解决了表观转录组学领域长期以来的一个谜团，是对m6A介导基因调控机制基本理解的重大进展。作者鉴定了EJCs作为m6A“抑制器”调控m6A甲基化全局分布，EJCs通过抑制m6A甲基化影响从而影响转录本的稳定性。此外，这一研究具有广泛影响，因为EJCs对于mRNA的包装功能不仅影响m6A甲基转移酶，也普遍抑制其他mRNA调控机制对外显子结近端mRNA的可及性，从而对基因表达调控产生更广泛的影响。
芝加哥大学Dr. P. Cody He （何宇超博士）、魏江博博士、豆晓阳博士和Dr. Bryan T. Harada为本文的共同第一作者。芝加哥大学何川教授为本文通讯作者。芝加哥大学陈梦洁教授也参与了这一工作。该工作得到实验室其他成员和合作团队的大力支持。
参考资料：
[1] P. C. He et al., Exon architecture controls mRNA m6A suppression and gene expression. Science (2023) DOI: 10.1126/science.abj9090
关键词：
今日科学何川课题组揭示mRNA修饰关键机制
