11月22日，国际学术期刊 Cell Reports 在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）鲍岚研究组的最新研究进展“ m6A-modified lincRNA Dubr is required for neuronal development by stabilizing YTHDF1/3 and facilitating mRNA translation”。该研究揭示了长链非编码RNA (lncRNA) Dubr的m6A修饰通过稳定YTHDF1/3复合体以及其介导的mRNA翻译从而调控轴突生长和神经元迁移的分子机制。
神经元作为一类高度特化的细胞，具有复杂的树突和轴突。神经元胞体中的mRNA可以运输至树突和轴突，并通过mRNA局部动态翻译合成新蛋白，参与调控神经元发育以及神经网络的建立。研究组前期的研究工作发现，初级感觉神经元轴突中富集microRNAs （miRNAs），同时通过调控轴突中的局部翻译并参与轴突延伸（Wang et al., Cell Reports, 2015; Wang & Bao, Journal of Molecular Cell Biology, 2017）。最近的研究发现，轴突富集的lncRNA ALAE通过竞争RNA结合蛋白 KHSRP并与Gap43 mRNA相互作用，从而调节轴突局部翻译和参与轴突生长 (Wei et al., Cell Reports, 2021)。以上的研究表明，非编码RNA在神经元的发育中发挥重要调控作用。
RNA甲基化修饰是数百种RNA修饰中最普遍和富集的修饰。N6-腺苷酸甲基化 (N6-methyladenosine，m6A)是其中丰度最高的动态修饰，参与RNA代谢、剪接、翻译、出核和运输等重要细胞生物学过程。已有的研究表明，m6A甲基化修饰在哺乳动物大脑中高度富集，同时在早期神经元分化、生长以及学习记忆等方面都发挥重要作用。尽管最近的研究提示lncRNA调控神经元轴突发育 (Wei et al., Cell Reports, 2021)，但对这些lncRNA是否存在m6A修饰以及m6A修饰在lncRNA参与神经发育中的功能和作用机制知之甚少。
本研究首先对小鼠背根神经节（DRG）组织中的m6A-CLIP数据和不同组织发育测序的数据进行了整合分析，发现lncRNA Dubr被 m6A高度修饰且在神经系统发育早期高表达。利用小鼠体外DRG组织培养、神经元微流小室分隔培养以及胚胎电转等方法，发现敲减Dubr可以阻碍DRG神经元的轴突生长以及导致皮层神经元迁移和轴突投射缺陷，而将Dubr的m6A修饰位点突变后则无法挽回神经元的发育缺陷。进一步的研究发现，Dubr通过m6A修饰位点与m6A阅读蛋白YTHDF1和YTHDF3相互作用，同时敲减Dubr或突变Dubr的m6A位点可以加速YTHDF1和YTHDF3蛋白进入蛋白酶体依赖的降解途径，最终导致蛋白水平显著下降。同时，Dubr、YTHDF1和YTHDF3均能调控与神经元发育相关分子Calmodulin和Tau的mRNA翻译，Dubr通过m6A甲基化促进YTHDF1/3蛋白复合体的稳定来维持Calmodulin和Tau的mRNA翻译并促进感觉神经元的轴突生长和皮层神经元的正确迁移。
综上所述，本研究揭示了神经元发育中lncRNA的m6A动态修饰通过稳定RNA结合蛋白调控mRNA翻译的功能。该研究加深了对于非编码RNA上m6A动态修饰功能和机制的理解，也为探究神经系统发育的复杂调控机制提供了新的视角。
分子细胞卓越中心鲍岚研究组博士研究生黄建松为本文第一作者，鲍岚研究员和广东省智能科学与技术研究院的王斌研究员为共同通讯作者。该工作得到复旦大学生物医学研究院的杨力教授、中科院上海高等研究院的张旭研究员和南方科技大学的蒋兴宇教授的大力支持。该工作得到国家基金委和广东省高水平创新研究院项目的资助。
文章链接： https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)01567-4
m6A修饰的lncRNA Dubr通过稳定YTHDF1/3复合体和促进mRNA翻译参与调控神经元的发育
