Die Anwendungen von MeRIP-Seq zur Untersuchung von Modifikationsstellen von m6A-Transkripten

Die RNA-Modifikation wurde als die geringfügigen chemischen Veränderungen der Nukleinsäurestruktur in RNA (wie rRNA, tRNA und snoRNA) während der Post-Synthese angesehen. Mit der Entwicklung von Sequenzierungstechnologien und dem angesammelten Wissen über RNA-Modifikationen haben Forscher herausgefunden, dass RNA-Modifikationen, die reversibel und dynamisch sind, epigenetische Modifikationensind auf transkriptomischer Ebene allgegenwärtig. RNA-Modifikationen sind an allen Aspekten biologischer Prozesse beteiligt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Zell-Differenzierungsentscheidungen, Geschlechtsentscheidungen und Stressreaktionen.

m6A (N6-Methyladenosin) Modifikation, eine häufige Modifikation in RNA (sowohl mRNA als auch ncRNA) und DNA, ist unter verschiedenen Arten hochgradig konserviert. Sie wird umfassend untersucht und wurde in einigen Viren sowie in den meisten Eukaryoten, einschließlich Säugetieren, Insekten, Pflanzen und Hefen, nachgewiesen. Schätzungsweise gibt es über 12.000 m6A-Modifikationsstellen in 7000 menschlichen Genen, die eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Genexpression spielen, insbesondere in Bezug auf die Pluripotenz von Stammzellen und die Reprogrammierung somatischer Zellen, Geschlechtsbestimmung, UV-induzierten DNA-Schadenstress, Spermatogenese, T-Zell-Homöostase, zentrale Neurogenese und Neuroelektrizität. Darüber hinaus könnte m6A auch an der Pathogenese beteiligt sein, und die Zusammenhänge zwischen m6A und zahlreichen Krankheiten wurden in wissenschaftlichen Berichten aufgezeigt.

Abbildung 1. Die Dynamik des m6A Methyloms (Hoernes 2016)

In Kombination mit Hochdurchsatz-Sequenzierung, methylierte RNA-Immunpräzipitations-Sequenzierung (MeRIP-Seq) konzentriert hypermetylierte RNA-Fragmente mit N6-Methyladenin-Antikörpern und interpretiert die Methylierungsverteilung, Funktion und verwandte Eigenschaften von m6A im gesamten Transkriptom. Es analysiert die Unterschiede der RNA-Methylierungsmodifikationsmuster zwischen verschiedenen Zellen, Geweben und anderen Proben und hilft, biologische Probleme wie Zell-Differenzierung, biologische Entwicklung, das Auftreten und die Entwicklung von Krankheiten usw. zu lösen.

Abbildung 2. Vielfältige molekulare Funktionen von m6A (Yang 2018)

Regulierung der Genexpression

Die Interaktion zwischen m6A und ncRNA ist eines der Forschungsschwerpunkte. Die am häufigsten untersuchten ncRNAs umfassen MikroRNA (miRNA), lncRNA und circRNA. Zum Beispiel wirkt METTL3, indem es die Erkennung von pri-miRNA reguliert;

Die m6A-Modifikation in der Stammringstruktur von lncRNA MALAT1 ist an der Regulierung der prä-mRNA-Synthese beteiligt; die m6A-Modifikation in circRNA ist an der Protein-Codierung beteiligt; die ALKBH5-verwandte m6A-Modifikation in lncRNA FOXM1-AS reguliert die Proliferation von Krebszellen…

Regulation biologischer Funktionen

Es wurde festgestellt, dass m6A eine wichtige Rolle bei der Geschlechtsbestimmung, der Clearance von mütterlicher mRNA, der Spermatogenese, der neuronalen Entwicklung und anderen biologischen Funktionen spielt. Zum Beispiel interagieren mRNA- und Histonmodifikationen, um die Selbsterneuerung und Differenzierung von neuronalen Stammzellen zu regulieren, was zur Entwicklung von Stammzelltherapien und gentargetierten Therapien für neurologische Erkrankungen führen könnte.

Regulierung der Virusreplikation

m6A-Modifikationen sind wichtig für die Entwicklung von Krankheiten, insbesondere solchen, die durch pathogene Viren verursacht werden. Die m6A-Modifikationen regulieren die Expression von virusbezogenen Genen und beeinflussen somit die Virusreplikation und -infektion. Bei einigen Viren wird die virale RNA in unterschiedlichem Maße durch m6A modifiziert. Die m6A-Modifikationen spielen unterschiedliche Rollen in der Pathogenese für verschiedene Virustypen. Daher ist das Studium der biologischen Funktion von m6A in verschiedenen Viren von großer Bedeutung, um den pathogenetischen Mechanismus der Viren zu verstehen.

Modifikationsanomalien und Krankheiten

Die Veränderung des m6A-Expressionsniveaus ist am pathologischen Prozess vieler Krankheiten beteiligt. Forscher haben die Wirkung von Zielstrukturen und die regulatorischen Rollen von m6A in verschiedenen Tumoren untersucht und festgestellt, dass m6A die Proliferation, Differenzierung, Invasion und Metastasierung beeinflusst. Zum Beispiel zeigt FTO antitumorale Effekte sowohl bei akuter myeloischer Leukämie (AML) als auch bei Gehirntumoren; ALKBH5 spielt eine Rolle bei der Förderung des Tumorwachstums bei Brustkrebs; METTL3 und METTL14 könnten in der AML pro-tumoral wirken, indem sie die myeloische Differenzierung regulieren.

Referenzen:

1. Yang Y; u. a. Dynamische transcriptomische m6A-Dekoration: Writer, Eraser, Reader und Funktionen im RNA-Stoffwechsel. Zellforschung2018, 28(6): 616-24.
2. Hoernes T, Erlacher M. Übersetzung des Epitranskriptoms. Wiley Interdisziplinäre Reviews RNA. 2016, 8.