Nature | m6A RNA甲基化识别蛋白YTHDF1参与记忆的形成
发布时间：2018-11-12 17:19 | 点击次数：
目前来说，调控m6A修饰过程的阅读蛋白共有9种功能，今天不会大家一一来讲，而是主要讲参与蛋白编码过程的YTHDF1蛋白，它主要通过与mRNA的m6A位点结合，在脑神经发育[1]，多巴胺分泌[2]和突触形成[3]等过程中起重要作用。
文章导读：
2018年10月31日，美国芝加哥大学何川团队，上海科技大学周涛团队与宾夕法尼亚大学宋红军团队联合在Nature期刊发表论文，首次指出m6A 修饰对小鼠学习及记忆能力的影响，今天小编将详细对本文进行解析，同时总结一下近年来何川教授针对阅读蛋白研究的文章。
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样本：野生型小鼠，YTDHF1敲除模型小鼠
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技术手段：m6A RNA 甲基化测序，mRNA 测序，CLIP测序和小鼠认知相关功能实验等
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时间点：初次刺激期，LTP期（刺激反应晚期）和二次刺激期
本文研究了YTHDF1敲除及野生型小鼠海马体神经受到初次刺激，LTP期和二次刺激后神经的表型反应，相关蛋白生成量及前后等电位点阈值的变化情况。
受到初次刺激时，两组小鼠对于刺激的表型反应差距不大；LTP期，YTHDF1敲除小鼠由于缺乏YTDHF1蛋白从而抑制了LTP相关蛋白的合成，导致在受到后续刺激时，等电位点变化达不到阈值影响记忆形成的能力。
1. YTDHF1敲除小鼠对空间记忆能力和外界刺激的敏感度差
前期实验已证实YTDHF1在小鼠海马体中高表达[4]，于是作者通过CRISPR-Cas9技术构建了YTDHF1敲除的模型小鼠（图1a），命名为YTDHF1-KO小鼠。与野生型小鼠相比，KO组小鼠在四周岁前，海马体的组织形态（图1b），透明水迷宫训练结果（图1c）与正常小鼠一致。而在不视水迷宫训练（图1d），探头实验（图1e）和对于外界刺激（图1f，g，h）的敏感度都要长于对照，说明敲除YTDHF1蛋白对空间记忆和外界刺激能力的反应起重要作用。
2. YTDHF1及相关蛋白参与学习和记忆关键的LTP期
作者接着从生理水平观测敲降组小鼠脑的变化。敲降组突触电流振幅和频率比对照组低（图2 a，b），且形态比对照组小（图2 c，d）。在受到外界刺激时，神经间突触后电位阈值的变化量低于对照组（图2 e，f）。同时，此过程可能与5个与LTP期关键的突触后密度相关的蛋白相关（图2 g，h），YTDHF1回补实验显示上述表型又得到了回复。
3. YTHDF1 CLIP测序揭示m6A peak与突触传导和LTP期相关
为了从分子角度进一步解析YTHDF1的作用机制，作者运用YTHDF1-CLIP测序技术，检测了小鼠海马体中（n=3，4只小鼠混为一个样本）YTHDF1 mRNA上所有的结合位点和m6A 位点。通过对三个样本的m6A peak峰取交集，在1,042个转录本上共找到了3,552个peak峰（图4a左）。1,502个peak与基因组3’UTR区匹配（图4 a右）；67%的peak与转录本匹配，并在3’UTR区富集（图4 b）。对上述peaks相关的转录本进行GO和KEGG注释后，发现其与突触传导和LTP期有关，这也与之前的实验结果不谋而合。
4. m6A CLIP测序与YTHDF1 CLIP测序联合分析筛选到可能与YTHDF1结合的m6A位点
接着,作者对同类型样本进行了m6A CLIP测序，对三个样本分别进行motif分析后，发现三者共有将近有11,000个序列为GGACU的peaks（图5 c）。将peak分别于转录本和基因组比对后，发现与YTHDF1 CLIP的结果十分类似(图5 d，e)。对两次CLIP实验的peaks取交集后，发现共有将近30%的peak（图5 g），IGV结果表明：YTHDF1的m6A位点与突触形成关键蛋白（如Gira1，Grin1和Camk2a等）的m6A位点相近，二者可能通过m6A位点结合，调控蛋白的合成（图5 h）。
5. 首次绘制电休克小鼠的m6A RNA甲基化谱
最后，作者建立了电休克小鼠模型，对海马体的齿状回结构的组织进行m6A RNA甲基化测序和转录组测序联合，快速找到许多既发生m6A 甲基化表达量又发生巨大变化的基因，以供后续研究。
总结：
本篇文章表明小鼠海马体中m6A RNA甲基化能够调控学习和记忆的生成，并且可以影响调控与神经形成相关的关键靶基因的表达，为今后进一步研究m6A修饰在学习和记忆分析机制提供了认识。
何川教授m6A RNA甲基化Reader相关蛋白成果总结：
1. 2013.11 Nature IF: 41.58
带有YTH结构域的结合蛋白通过mRNA结合影响功能。
2. 2014.5 Nature IF: 41.58
讲明Reader蛋白的作用机制。
3. 2015.2 Nautre IF: 41.58
揭示m6A 甲基化结合蛋白HNRNPC与LncRNA结合的生物学功能。
4. 2017.4 Cancer Cell IF: 22.84
揭示m6A甲基化结合蛋白HUR与LncRNA结合的生物学功能。
参考文献：
1. Hess, M. E. et al. The fat mass and obesity associated gene (Fto) regulates activity of the dopaminergic midbrain circuitry. Nat. Neurosci. 16, 1042-1048 (2013).
2. Weng, Y.-L. et al. Epitranscriptomic m 6 A regulation of axon regeneration in the adult mammalian nervous system. Neuron 97, 313-325.e6 (2018).
3. Li, L. et al. Fat mass and obesity-associated (FTO) protein regulates adult neurogenesis. Hum. Mol. Genet. 26, 2398-2411 (2017).
4. Lein, E. S. et al. Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain. Nature 445, 168-176 (2007).
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