研究揭示RNA甲基化調控斑馬魚母源mRNA穩定性機制

斑馬魚母源-合子轉換 (maternal-to-zygotic transition, MZT)過程伴隨著母源RNA和蛋白質的降解以及合子基因組的激活(maternal-to-zygotic transition, ZGA)。已有研究表明多種關鍵因素通過母源和合子途徑促進母源mRNA降解，其中包括合子轉錄的microRNA miR-430，次優密碼子的使用，N6-甲基腺苷（m6A），尿苷化等，但母源mRNA的穩定性維持機制尚不清楚。5-甲基胞嘧啶（m5C）是一種廣泛的mRNA修飾，科學家建立了RNA m5C測序技術，揭示了m5C修飾在mRNA的分布圖譜規律及其通過細胞核內結合蛋白ALYREF調控mRNA出核作用機制（Yang et al.Cell Research2017）。

近期，中國科學院北京基因組研究所楊運桂研究組、中國科學院動物研究所劉峰研究組和復旦大學麻錦彪研究組合作發現，m5C通過新結合蛋白Ybx1調控母源mRNA的穩定性，進而調控斑馬魚母源-合子轉換及早期胚胎髮育進程。相關研究成果8月6日以RNA 5-methylcytosine facilitates maternal-to-zygotic transition through preventing maternal mRNA decay為題在線發表於Molecular Cell雜誌。

研究團隊首次繪製了斑馬魚早期胚胎髮育過程中RNA m5C甲基化圖譜。測序分析發現，在母源-合子轉換過程中，m5C修飾的母源mRNA比未修飾的mRNA更穩定。利用Oligo-pulldown結合質譜技術發現了斑馬魚中新的m5C結合蛋白Ybx1。進一步通過ITC、蛋白解構技術等發現了Ybx1傾向於通過其CSD結構域關鍵殘基Trp45與m5C的π-π相互作用，識別m5C修飾的mRNA。功能實驗表明，ybx1缺失導致早期胚胎髮育阻滯在囊胚期和原腸期。通過免疫共沉澱、GST-pulldown技術和高通量測序技術，鑒定了poly(A)結合蛋白Pabpc1a為Ybx1的互作蛋白，發現pabpc1a缺失的胚胎表現出與ybx1缺失胚胎相似的表型且Ybx1靶向結合的mRNA的穩定性顯著降低。最後，利用單基因報告系統證明Ybx1和Pabpc1a以m5C依賴的方式維持母源mRNA的穩定性並最終促進斑馬魚早期胚胎髮育進程。

該研究發現了m5C修飾通過其結合蛋白Ybx1招募Pabpc1a維持母源mRNA穩定性從而保證母源-合子轉換有序進行的分子機制，為全面解析斑馬魚胚胎髮育過程中mRNA命運調控及細胞分化提供了重要依據。這種轉錄後修飾在其他脊椎動物的發育過程中也可能發揮著重要作用。該研究得到國家自然科學、中科院戰略性先導科技專項以及國家重點研發計劃等的資助。

在斑馬魚母源-合子轉換過程中，m5C修飾對母源mRNA穩定性的動態調控作用

來源：中國科學院北京基因組研究所

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