METTL14

引言N6-甲基腺苷(m6 A)是调节人类细胞多种生物过程的关键RNA修饰，但其共转录沉积和功能尚不清楚。2024年4月2日，中国科学院北京基因组研究所任捷及杨运桂共同通讯在Molecular Cell 在线发表题为“DDX21 mediates co-transcriptional RNA m6A modification to promote transcription termination and genome stability”的研究论文，该研究发现了RNA解旋酶DDX21在指导新生RNA上的m6 A修饰以进行共转录调控方面具有先前未被认识到的作用。DDX21通过识别R环与METTL3相互作用，共同募集到染色质上，当新生转录物杂交到模板DNA链上时，R环可以共同转录形成。DDX21的解旋酶活性对于METTL3介导的m6 A在新生RNA上的沉积是必需的。在转录终止区，这种联系促进了XRN2介导的RNAPII转录终止。任何这些步骤的破坏，包括DDX21、METTL3或它们的酶活性的丧失，都会导致有缺陷的终止，从而诱导DNA损伤。因此，该研究认为R-loop-DDX21-METTL3连接弥补了m6 A共转录修饰、协调转录终止和基因组稳定性的缺失环节。m6 A是哺乳动物信使RNA (mRNA)中含量最多的修饰物。它是影响mRNA整个生命周期的关键表转录组调控层，包括mRNA前剪接、3’端加工、核输出、翻译、稳定和衰变。由METTL3、METTL14、WTAP、VIRMA、HAKAI、ZC3H13和RBM15组成的甲基转移酶复合物(MTC)催化。MTC与外显子连接复合物的抑制作用一起，共同塑造了m6 A的分布轮廓，其分布在基因体上，并表现出对停止密码子的特异性富集。这种模式是在共转录过程中建立的，并在稳定状态下保持不变。尽管有这些重要的功能和已确立的模式，关于MTC如何协同转录的证据仍然很少，尽管有一些迹象体外研究已经证明了DRACH的保守基序(D = a, G或U;R = A或G;H = A, C，或U)表示MTC的酶活性。然而，这个基序很难解释其分布模式，因为只有5%的基序在体内被利用，表明在新生转录本转录过程中，存在未知的分子决定因素来决定m6 A在新生转录本上的安装。此外，它在调节转录本身中的作用已经开始被揭示，共转录安装的m6 A可能具有不同的功能，这取决于它安装的位置。然而，其安装的上游决定因素和其功能的下游效应在很大程度上仍然未知。模式图（Credit: Molecular Cell）DDX21是DEAD-box亚家族的一员，是一种多任务RNA解旋酶，它利用ATP水解产生的能量来解绕结构RNA分子，从而使下游RNA加工或RNA -蛋白复合物的重塑DDX21与各种RNA底物结合，如rRNA、snoRNA、7SK和核酸结构，包括通常由新生RNA与模板DNA杂交共同转录形成的R环。DDX21参与了广泛的生物过程，包括核糖体生物发生的多个步骤，RNA聚合酶II (RNAPII)介导的转录调节，以及表皮分化的细胞葡萄糖水平感知等。这些多面功能与许多发育缺陷和疾病(包括癌症)有关，可能反映了DDX21可能存在于多种复合物中以介导相应的细胞过程。尽管越来越多的证据表明它的重要作用，但目前还不清楚这种解旋酶是否以及如何参与决定和促进m6 A的安装。在这里。该研究发现了R-loop-DDX21-METTL3-m6 A的一个以前未知的调控轴，它通过协调募集和酶活性的联系，弥补了共转录甲基化及其调控作用的缺失环节，并协调了转录活动与基因组稳定性的关系。这个分子轴为了解m6 A在共转录调控中的基础和功能提供了重要的机制见解。切割该轴的中介结构域和关键酶活性可能为调节m6 A表转录组提供重要靶点，从而促进转录终止并维持基因组稳定性。这些发现揭示了协同转录的m6 A沉积与下游调控结果之间的相互作用，并可能有助于开发创新策略来解决与m6 A代谢失调相关的疾病。原文链接https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(24)00188-6责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

引言肥胖是男（雄）性生殖损伤的重要危险因素。然而，多代父体肥胖对子代生育力的影响及其机制尚不清楚。2024年2月14日，安徽医科大学王华教授等团队在Nature Communications（IF 16.6）在线发表题为“Multigenerational paternal obesity enhances the susceptibility to male subfertility in offspring via Wt1 N6-methyladenosine modification”的研究论文（王华教授、徐德祥教授和贺小进教授为本文共同通讯作者，公共卫生学院熊永伟博士、朱华龙博士、张进博士和耿浩博士为本文共同第一作者），该研究发现多代父体肥胖通过Wt1 N6-甲基腺苷修饰升高男性子代低生育力易感性。该研究在成功建立父源性不育症动物模型基础上，发现多代父体肥胖升高子代精子发生障碍易感性；基于m6A-mRNA&lncRNA表观转录组芯片、RNA测序以及生物信息学分析，发现多代父体肥胖降低子代睾丸Wt1表达和升高其m6A修饰水平；通过睾丸局部注射AAV9-Wt1，揭示Wt1下调介导的视黄酸信号受阻在多代父体肥胖加重子代精子发生障碍易感性中发挥关键作用；通过体内m6A修饰抑制剂STM2457处理和体外Mettl3 siRs，阐明精子源m6A修饰水平升高对多代父体肥胖下调子代睾丸Wt1表达的影响；最后，基于人群病例-对照研究验证精子m6A水平与体质指数存在正向关联，与精液质量存在负向关联。总之，多代父体肥胖通过下调Wt1 mRNA表达，逐渐升高子代精子发生障碍易感性，且METTL3介导的精子m6A修饰参与父体肥胖引起子代睾丸Wt1 mRNA稳定性降低。该研究结果为筛选父体不良因素暴露损害子代精子发生的表观遗传标志物提供实验证据，也为今后制定父源性不育症的早期防治策略提供重要参考。据WHO报道，不孕不育已成为继心血管疾病和肿瘤之后威胁人类健康的第三大疾病。国内外多项大样本调查发现，一般人群中男性不育症患病率高达9.0%~25.0%。已知，精子质量是评价男性生育能力的重要标志。然而，在过去45年间（1973至2018），全球男性精子质量下降已超过62.0%。肥胖是精子质量下降的重要危险因素，但过去研究更多关注当代肥胖对精子质量的影响。健康与疾病的父系起源（POHaD）理论认为，父体暴露不良因素导致成年后代慢性疾病的发生和发展。已有研究发现，父体肥胖损害子代睾丸生精小管结构，减少附睾精子数量。但是，多代父体肥胖对子代精子发生障碍易感性的影响及其机制尚不清楚。N6 -甲基腺苷（N6 -methyladenosine，m6A）是真核生物RNA上最为常见的修饰，其主要发生在RRACH（R=G/A；H=U/A/C）基序中，调节RNA剪接、降解、稳定性和翻译等转录后过程。在哺乳动物中，m6A修饰由RNA甲基化酶和去甲基化酶动态调控，甲基化酶主要包括METTL3、METTL14和WTAP等，去甲基化酶主要包括ALKBH5和FTO等。另外，m6A修饰转录本通过阅读蛋白影响RNA命运。众多研究结果表明，m6A修饰动态平衡在调控睾丸发育和精子发生过程中起关键作用。我们之前研究证明，高脂饮食显著升高小鼠睾丸m6A修饰水平。然而，多代父体肥胖对子代睾丸m6A修饰水平的影响知之甚少。众所周知，在父系获得性表型传递过程中，精子扮演着不可或缺的作用。前期研究发现，精子表观遗传修饰如非编码RNA、组蛋白修饰、DNA甲基化和RNA甲基化等，参与父系获得性疾病的代际传递。也有研究表明，从胚胎期至成年期，小鼠睾丸m6A修饰水平持续升高。但是，父代精子m6A修饰改变是否持续影响到子代睾丸，进而介导多代父体肥胖升高子代精子发生障碍易感性仍需进一步探讨。为了解决以上问题，研究通过动物实验、细胞研究以及人群调查相结合思路阐明多代父体肥胖对子代精子发生障碍易感性的影响及其m6A修饰机制。首先，建立多代父体高脂饮食小鼠模型，用于研究子代对镉（一种常见生殖毒性诱导剂）诱导精子发生障碍易感性的影响。结果发现，多代父体高脂饮食逐渐降低子代小鼠生育能力，并加重镉降低子代小鼠精子数量和精子活力。随着父体高脂饮食代数增加，子代小鼠睾丸成熟期生精小管数量以及睾丸生殖细胞标志物表达水平也逐渐减少。以上结果提示，多代父体肥胖升高子代小鼠精子发生障碍易感性。多代父体肥胖升高子代精子发生障碍易感性（Credit: Nature Communications）为了进一步探讨多代父体肥胖升高子代精子发生障碍易感性的原因，对子代睾丸进行RNA测序。结果提示，多代父体高脂饮食诱发的子代睾丸差异表达基因与视黄醇代谢过程有关。随着父体高脂饮食代数增加，子代睾丸视黄酸（RA）以及视黄酸合成酶Aldh1a1/2/3水平逐渐降低。通过ChEA3数据库预测视黄酸合成酶上游转录因子发现，WT1评分最高。随后研究结果显示，多代父体高脂饮食逐渐加重镉下调子代睾丸Wt1表达。此外，WT1过表达显著逆转父代高脂饮食减少子代精子数量，恢复父代高脂饮食降低子代睾丸RA水平和ALDH1A1蛋白表达水平。因此，上述结果表明多代父体肥胖通过抑制Wt1介导的视黄酸合成，逐渐升高子代睾丸精子发生障碍易感性。为了确定Wt1 mRNA下调机制，该研究进行m6A-mRNA&lncRNA表观转录组芯片及相关实验。结果发现，多代父体高脂饮食逐渐加重镉升高子代睾丸甲基化酶METTL3表达和Wt1 m6A修饰水平，加重镉下调子代睾丸阅读蛋白IGF2BP1表达。Mettl3 siR明显逆转镉升高支持细胞Wt1 m6A修饰水平，缓解镉降低支持细胞Wt1 mRNA和蛋白水平。Igf2bp1 siR显著加重镉升高支持细胞Wt1 mRNA降解率。荧光素酶报告基因结果显示，镉通过甲基化Wt1 site1位点下调其mRNA表达。IGF2BP1-RIP实验证实，镉暴露降低支持细胞IGF2BP1与Wt1 mRNA的结合能力。上述结果表明，多代父体肥胖以m6A依赖方式逐渐加重镉降低子代小鼠睾丸Wt1 mRNA稳定性。模式图（Credit: Nature Communications）该研究还发现，随着父体高脂饮食代数增加，精子Mettl3表达水平和m6A修饰水平逐渐升高。为了进一步探究精子m6A修饰水平降低在父代高脂饮食抑制子代睾丸WT1表达和精子发生中的作用，给予F0代雄鼠METTL3活性抑制剂STM2457处理。结果显示，STM2457处理缓解父代高脂饮食降低子代小鼠精子数量，逆转父代高脂饮食下调子代睾丸WT1表达，恢复父代高脂饮食升高子代睾丸Wt1 site1 m6A修饰水平和METTL3蛋白表达水平。STM2457处理也显著减弱高脂饮食增加精子m6A修饰水平和Mettl3 mRNA表达水平。最后，在人群病例-对照研究中也发现超重/肥胖患者精子m6A水平升高且精子浓度降低。所以，多代父体肥胖通过增加METTL3介导的精子m6A水平，逐渐加重镉诱导子代睾丸Wt1下调和精子发生障碍。原文链接https://www.nature.com/articles/s41467-024-45675-4责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Science最新发布：全世界最前沿的125个科学问题热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文Nature | 癌症与神经系统的致命舞蹈

在这项研究中，徐石林团队尝试开发一种有效的治疗工具，可以破坏METTL3和/或METTL14的稳定性。 中国科学院上海药物研究所徐石林团队在 Cell 子刊 Cell Chemical Biology 上发表了题为：Discovery of a PROTAC degrader for METTL3-METTL14 complex 的研究论文。 该研究开发了一种选择性靶向METTL3的PROTAC降解剂——WD6305，它还能选择性减少METTL3-METTL14复合物，而METTL3降解剂比METTL3抑制剂带来更好的抗急性髓系白血病（AML）细胞增殖效果。这些结果表明，靶向降解METTL3-METTL14复合物是一种有前途的AML治疗策略。 目前的METTL3抑制剂可能受到细胞内高浓度S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的竞争，导致其强大的生化效力受到限制。另一方面，越来越多的证据表明，METTL3在癌症中的作用可以独立于其经典的甲基转移酶活性或催化功能。 尽管已经取得了很大进展，METTL3-METTL14复合物在癌症中的生物学功能仍然很大程度上难以捉摸。因此，还需要开发新的治疗方法来完全阻断METTL3-METTL14复合物的致癌功能，并解析其生物学作用。 在这项研究中，徐石林团队尝试开发一种有效的治疗工具，可以破坏METTL3和/或METTL14的稳定性。 PROTAC技术已成为一种成功的选择性降解致病蛋白的策略，并在药物发现领域获得了广泛关注。PROTAC降解物由两个通过连接子结合的招募部分组成，其中一个与目标蛋白（POI）结合，另一个与E3泛素连接酶结合。双功能化合物招募E3连接酶泛素化POI，随后被蛋白酶体系统降解。PROTAC不仅催化抑制POI的酶活性，还干预传统小分子抑制剂难以处理的蛋白质的催化非依赖性功能。因此，它通常能够提高治疗效果。PROTAC的另一个优势是能够靶向清除蛋白不可成药蛋白。 在这项研究中，研究团队描述了一种强效和选择性的METTL3靶向降解剂WD6305的开发，它可以有效地降解METTL3及METTL14。WD6305在多个AML细胞系中表现出优于其亲本抑制剂UZH2的抗增殖作用。 具体来说，该研究发现，WD6305是METTL3-METTL14复合物的强效和选择性PROTAC降解剂。WD6305抑制m6A修饰和AML细胞的增殖，并比其亲本抑制剂更有效地促进细胞凋亡。WD6305还影响与AML发展和增殖相关的多种信号通路。这项研究揭示了METTL3-METTL14复合物的PROTAC降解作为一种潜在的抗白血病策略，并为进一步了解METTL3-METTL14蛋白功能提供了理想的化学工具。