北京時間2022年11月22日，廣東省智能科學與技術研究院（以下簡稱廣東省智能院）王斌研究員實驗室（腦認知神經網絡發育和疾病研究組）與中國科學院分子細胞科學卓越創新中心鮑嵐研究員實驗室合作在國際學術期刊 Cell Reports在線發表了題為“ m6A-modified lincRNA Dubr is required for neuronal development by stabilizing YTHDF1/3 and facilitating mRNA translation”的研究論文。該研究揭示了長鏈非編碼RNA (lncRNA) Dubr的m6A修飾通過穩定YTHDF1/3復合體以及介導mRNA翻譯調控神經元軸突生長和遷移及其機制。
神經元作為一類高度特化的細胞，具有復雜的樹突和軸突。神經元胞體中的mRNA可以運輸至樹突和軸突，并通過mRNA局部動態翻譯合成新蛋白，參與調控神經元發育以及神經網絡的建立。課題組前期的研究工作發現，初級感覺神經元軸突中富集microRNAs （miRNAs），同時通過調控軸突中的局部翻譯并參與軸突延伸（Wang et al., Cell Reports, 2015; Wang & Bao, Journal of Molecular Cell Biology, 2017）。最近的研究發現，軸突富集的lncRNA ALAE通過競爭RNA結合蛋白 KHSRP并與Gap43 mRNA相互作用，從而調節軸突局部翻譯和參與軸突生長 (Wei et al., Cell Reports, 2021)。以上的研究表明，非編碼RNA在神經元的發育中發揮重要調控作用。
RNA甲基化修飾是數百種RNA修飾中最普遍和富集的修飾。N6-腺苷酸甲基化 (N6-methyladenosine，m6A)是其中豐度最高的動態修飾，參與RNA代謝、剪接、翻譯、出核和運輸等重要細胞生物學過程。已有的研究表明，m6A甲基化修飾在哺乳動物大腦中高度富集，同時在早期神經元分化、生長以及學習記憶等方面都發揮重要作用。盡管最近的研究提示lncRNA調控神經元軸突發育 (Wei et al., Cell Reports, 2021)，但對這些lncRNA是否存在m6A修飾以及m6A修飾在lncRNA參與神經發育中的功能和作用機制知之甚少。
本研究首先對小鼠背根神經節（DRG）組織中的m6A-CLIP數據和不同組織發育測序的數據進行了整合分析，發現lncRNA Dubr被 m6A高度修飾且在神經系統發育早期高表達。利用小鼠體外DRG組織培養、神經元微流小室分隔培養以及胚胎電轉等方法，發現敲減Dubr可以阻礙DRG神經元的軸突生長以及導致皮層神經元遷移和軸突投射缺陷，而將Dubr的m6A修飾位點突變后則無法挽回神經元的發育缺陷。進一步的研究發現，Dubr通過m6A修飾位點與m6A閱讀蛋白YTHDF1和YTHDF3相互作用，同時敲減Dubr或突變Dubr的m6A位點可以加速YTHDF1和YTHDF3蛋白進入蛋白酶體依賴的降解途徑，最終導致蛋白水平顯著下降。同時，Dubr、YTHDF1和YTHDF3均能調控與神經元發育相關分子Calmodulin和Tau的mRNA翻譯，Dubr通過m6A甲基化促進YTHDF1/3蛋白復合體的穩定來維持Calmodulin和Tau的mRNA翻譯并促進感覺神經元的軸突生長和皮層神經元的正確遷移。
m6A修飾的lncRNA Dubr通過穩定YTHDF1/3復合體和促進mRNA翻譯從而調控神經元發育
綜上所述，本研究揭示了神經元發育中lncRNA的m6A動態修飾通過穩定RNA結合蛋白調控mRNA翻譯的功能。該研究加深了對于非編碼RNA上m6A動態修飾功能和機制的理解，也為探究神經系統發育的復雜調控機制提供了新的視角。
中科院分子細胞科學卓越創新中心博士研究生黃建松為本文第一作者，廣東省智能科學與技術研究院的王斌研究員和中科院分子細胞科學卓越創新中心鮑嵐研究員為共同通訊作者。這項工作得到了復旦大學生物醫學研究院的楊力研究員、廣東省智能科學與技術研究院的張旭院士和南方科技大學的蔣興宇教授的大力支持。該工作得到了國家基金委和廣東省高水平創新研究院項目的資助。
文章鏈接： https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)01567-4
