客户文章| Nature子刊 揭示了FMR1通过m6A修饰调控早期胚胎发育的分子机制
发布时间：2023-08-22 15:08 | 点击次数：
遗传学研究表明，很大一部分母体产物对后期的胚胎发育并不是必需的，其中一些产物甚至可能对后期的胚胎发育有害。脆性X综合征是最常见的一种遗传性智力迟钝，由脆性X智力迟钝蛋白1 (FMR1)缺失引起。（FMR1)结合靶mRNA形成核糖核蛋白(RNP)复合物/颗粒，控制各种生物过程，包括早期胚胎发生。然而，母体RNA如何衰变以及母体RNA如何在短时间内被选择性清除的分子基础仍然缺乏了解。
云序客户云南大学陈大华团队在Nature communications（IF16.6）上发表关于早期胚胎发育调控机制的研究论文“Dynamic FMR1 granule phase switch instructed by m6A modification contributes to maternal RNA decay” 揭示了FMR1通过m6A修饰调控早期胚胎发育的分子机制。在该研究中，研究人员以果蝇为研究对象，研究了在胚胎发育过程中，FMR1如何识别靶mRNA，以及FMR1- RNP颗粒组装/拆卸如何调控FMR1相关的mRNA，通过云序生物提供的m6A MeRIP-seq等技术手段重点研究了这一过程，揭示了FMR1通过m6A修饰调控果蝇早期胚胎发育的分子机制，同时也为研究核酸-蛋白颗粒调控早期胚胎发育的分子机制提供了新的思路。
发表期刊：Nature communications
影响因子：16.6 Q1
发表时间：2022年2月14日
研究方法：RNA-seq、m6A MeRIP-seq、RNA-pull down、LC-MS/MS
技术路线
研究内容
1、FMR1优先结合m6A修饰的RNA
在果蝇早期胚胎发育过程中，mRNA的m6A修饰过程会发生动态变化，且与母体RNA降解有关。为了确定m6A修饰在母体中的作用，研究人员构建了m6A修饰重要基因（mettl3和mettl14）的单母体突变体，以及mettl3 - mettl14双母体突变体胚胎，并与野生型对照相比发现其m6A水平要低得多。卵孵化率分析发现，mettl3和mettl14的减少或去除会使20%或40%的胚胎不能孵化为幼虫，说明m6A修饰对果蝇正常的胚胎发生很重要。分析突变体多个胚胎阶段(0-0.5、2-3 和 5 -6 小时阶段)的RNA-seq 数据，发现mettl3-mettl14突变体胚胎中在5- 6小时阶段异常稳定，m6A MeRIP-seq数据显示稳定阶段转录本m6A水平没有明显差异。结果表明Mettl3-Mettl14 复合物介导的m6A修饰有助于正常胚胎的发生，并可能参与了部分母体 rna的降解。为了验证YTH蛋白是否促进胚胎发生，构建了ythdf和ythdc的大量空突变等位基因，遗传分析显示yth独立因子通过识别果蝇mrna 上的m6A标记来调节早期胚胎发生。此外，研究表明，fmr1和m6A修饰在调节早期胚胎发生中具有共同的mRNA靶标。通过mettl3或mettl14的缺失减少了m6A修饰，导致胚胎对母体FMR1的剂量敏感。该研究证实了FMR1可通过结合m6a标记的mRNA来调控胚胎发育的观点。
2、FMR1优先结合m6A标记的“AGACU”motif
该领域一个长期未解决的问题是FMR1如何以高亲和力识别其目标mrna，研究设计用于识别早期胚胎中 m6A修饰的RNA结合蛋白的筛选RNA探针(51 个核苷酸长度)，进行emsa实验，RNA pulldown-MS质谱分析结果进一步表明，果蝇FMR1优先结合含有m6A标记的"AGACU"基序的mRNA，并以高亲和力参与母系RNA的降解。
3、FMR1颗粒以LC域和RNA结合依赖的方式进行动态组装
为了研究 FMR1 RNP 复合物/颗粒的行为，研究人员进行了活细胞成像分析来追踪胚胎中的FMR1 - RNP复合物，免疫染色检测结果也表明，FMR1颗粒具有高度动态特性。半变性洗涤琼脂糖凝胶电泳(SDD-AGE)分析结果表明，FMR1 颗粒在胚胎发育早期经历了一个组装/拆卸的过程。并且，FMR1 的结构域LC对于FMR1 形成 rnp -颗粒非常重要，FMR1的KM结构域使FMR1能够选择性地结合其靶向mrna。
这种高亲和力结合很大程度上依赖于FMR1 KH2结构域内的疏水网络。另外，这种结合极大地诱导FMR1颗粒凝聚，从而有效地结合未修饰的mRNA。母体mRNA的降解导致颗粒脱凝，从而使胚胎正常发育。
总 结
基于以上研究背景，本研究发现在果蝇早期胚胎中FMR1可优先结合含有m6A修饰的“AGACU”motif的mRNA来调控母源mRNA降解，而FMR1能够识别和结合靶mRNA在很大程度上依赖于FMR1的KH2结构域内的疏水网络；更重要的是FMR1与含有m6A修饰的mRNA发生结合时，能够促进FMR1蛋白的相分离，进而在体内诱导FMR1颗粒的组装形成，同时促进FMR1颗粒对不含有m6A修饰mRNA的招募并完成母源mRNA的降解；而母源mRNA的降解又会导致FMR1颗粒的去组装，这样m6A可通过液-液相分离影响FMR1的RNP颗粒大小及活性来调控早期胚胎母源mRNA的降解从而在早期胚胎发育过程中实现对母源mRNA代谢的精确调控。总的来说，该研究揭示了FMR1通过m6A修饰调控果蝇早期胚胎发育的分子机制，同时也为研究核酸-蛋白颗粒调控早期胚胎发育的分子机制提供了新的思路。
云序生物m6A修饰研究五大模块
01 m6A RNA修饰测序
对m6A RNA甲基化，目前流行的检测手段为m6A-MeRIP-Seq技术，适用于m6A RNA甲基化谱研究，快速筛选m6A RNA甲基化靶基因。云序可提供mRNA和多种非编码RNA的m6A测序：
m6A 全转录组测序（涵盖mRNA，LncRNA，circRNA）
m6A LncRNA测序（涵盖LncRNA和mRNA）
m6A Pri-miRNA测序（涵盖Pri-miRNA和mRNA）
m6A mRNA测序
m6A miRNA测序
02 检测整体m6A RNA修饰水平
精准高效，可以实现一次检测，9类修饰水平检测，一步到位。
快速检测m6A整体甲基化水平
03 m6A RNA修饰上游酶的筛选
寻找上游直接调控m6A RNA甲基化的甲基转移酶。
04 m6A RNA修饰靶基因验证
云序提供各类不同修饰的meRIP-qPCR服务以及销售GenSeq® MeRIP试剂盒，可针对mRNA，lncRNA，环状RNA等不同类型的RNA分子进行检测，低通量验证RNA修饰靶基因表达水平。
05 机制互作研究
5.1 RIP-seq/qPCR/GenSeq® RIP试剂盒
筛选或验证RNA修饰直接靶点，研究RNA修饰靶基因的调控机制。
筛选或验证目标RNA互作基因或蛋白，研究相应的分子调控机制。
5.3 ChIP-seq
筛选或验证目标蛋白与DNA互作，研究相应的分子调控机制。
云序生物服务优势
优势一：云序累计支持客户发表 100 + 篇RNA修饰SCI论文，合计影响因子1000 +
优势二：累计完成数千例 RNA甲基化测序样本，全面覆盖医口、农口等各类样本。
优势三：全面检测mRNA和各类非编码RNA（circRNA，lncRNA，Pri-miRNA等）。
优势四：提供多种修饰一站式服务：m6A整体水平检测、m6A测序、MeRIP-qPCR验证、RIP和RNA pull-down等。
优势五：率先研发超微量MeRIP测序技术，RNA量低至500ng起。
优势六：国内较全的RNA修饰测序平台，提供m6A、m5C、m1A、m7G、m3C、O8G、ac4C乙酰化和2'-O-甲基化测序。
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