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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

作者:上海云序生物科技有限公司 暂无发布时间 (访问量:2725)

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-seqm6A MeRIP-seqRNA-pull downLC-MS/MS

文章链接Dynamic FMR1 granule phase switch instructed by m6A modification contributes to maternal RNA decayhttps://www.nature.com/articles/s41467-022-28547-7

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

m6A RNA修饰测序(m6A-meRIP-seq)

对m6A RNA甲基化,目前最流行的检测手段为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

LC-MS/MS检测整体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。

比色法检测整体RNA修饰水平

快速检测m6A整体甲基化水平

03 m6A RNA修饰上游酶的筛选

m6A RNA修饰相关酶PCR芯片

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

MeRIP-qPCR/GenSeq® MeRIP试剂盒

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。

5.2  RNA pull down -MS/WB

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、RIPRNA 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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