R-loop是一種由RNA:DNA雜合鏈和單鏈DNA組成的特殊核酸結構，在原核和真核生物的基因組中分布廣泛且普遍存在。R-loop在很多關鍵的生物學過程中發(fā)揮重要功能，包括染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、DNA損傷修復以及基因組穩(wěn)定性等，但其如何被精確調(diào)控的機制尚不清楚。m6A修飾作為信使RNA上豐度最高的修飾類型，廣泛參與哺乳動物的發(fā)育、免疫、干細胞更新、脂肪分化以及腫瘤生成和轉(zhuǎn)移等生命過程。然而，目前尚不清楚m6A是否能作為R-loop中RNA組分的本源特征來調(diào)控R-loop水平，進而發(fā)揮各種生物學功能。
中國科學院北京基因組研究所楊運桂、任捷與清華大學生科院孫前文團隊合作研究，發(fā)現(xiàn)m6A能穩(wěn)定R-loop的形成，進而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的有效終止。這一成果以m6A promotes R-loop formation to facilitate transcription termination 為題于10月12日在線發(fā)表于《細胞研究》（Cell Research）雜志。
研究團隊首先通過斑點分子雜交和免疫熒光技術，發(fā)現(xiàn)敲低m6A甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3顯著降低R-loop水平，且該調(diào)控作用依賴于METTL3甲基轉(zhuǎn)移酶活性。隨后，團隊成員利用高效液相色譜聯(lián)合質(zhì)譜技術，發(fā)現(xiàn)相較于染色體結合的RNA（caRNA），R-loop的RNA組分有更加富集的m6A修飾。進一步利用基于單鏈DNA建庫的DNA:RNA雜合鏈免疫共沉淀高通量測序技術（ssDRIP-seq），發(fā)現(xiàn)下調(diào)的R-loop主要富集在轉(zhuǎn)錄終止區(qū)域，R-loop變化程度與m6A的距離和修飾水平相關。為了探索m6A對R-loop調(diào)控的生物學功能，研究團隊繪制了RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄位點的高分辨率圖譜，并在MYC、ACTIN基因上進行多種轉(zhuǎn)錄活性檢測，發(fā)現(xiàn)m6A促進R-loop形成是轉(zhuǎn)錄終止階段的關鍵步驟，可以防止RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄通讀。最后，團隊成員構建了針對轉(zhuǎn)錄通讀的報告基因系統(tǒng)，通過m6A修飾位點的突變進一步證實m6A對于R-loop形成及轉(zhuǎn)錄終止的關鍵作用。
該研究發(fā)現(xiàn)了m6A甲基化修飾的共轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能，揭示了RNA甲基化修飾對染色質(zhì)結構的影響，以及R-loop結構中的RNA組分被修飾后對其自身穩(wěn)態(tài)的調(diào)控機制，闡釋了m6A通過穩(wěn)定R-loop而促進轉(zhuǎn)錄正常終止的現(xiàn)象，為進一步研究m6A與R-loop的調(diào)控機制和相應生物學功能提供了基本的技術和理論支撐。
該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學以及國家重點研發(fā)計劃等資助。
m6A甲基化修飾調(diào)控R-loop的形成及轉(zhuǎn)錄終止機制
