研究m6A与非编码RNAs相互作用没思路？这篇Review值得借鉴 – 肽度TIMEDOO |
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研究m6A与非编码RNAs相互作用没思路？这篇Review值得借鉴 – 肽度TIMEDOO
MiRNAs是由RNA聚合酶II/III转录的初级转录本（pri-miRNA）产生的内源性编码的小RNAs（~21 nt）。MiRNAs通过微加工器和切割复合物（例如DGCR8）加工而成，该复合物在初级miRNA加工过程中起着重要作用。 Fig2. m6A修饰调控miRNAs。miRNA的成熟发生在细胞核和细胞质中。 Ⅰ、在细胞核中，核内酶Drosha（一种RNase III核酸内切酶）将初级microRNA (pri-miRNA)切割为前体microRNA (pre-miRNA)。除了Drosha, DGCR8也被证明对miRNA成熟至关重要。METTL3甲基化的pri-miRNA被DGCR8识别和加工。同时，HNRNPA2B1识别m6A甲基化位点。总之，m6A修饰有助于DGCR8靶向pri-miRNA并促进pre-miRNA的形成。 Ⅱ、Dicer是另一种RNase III酶，在pre-miRNA转运到细胞质后，将pre-miRNA切割为成熟的miRNA。然后，RISC整合成熟的miRNA，并被引导至m6A甲基化调节因子mRNA上，从而通过靶标mRNA的裂解导致翻译的中断。 Alarcon等报道了METTL3甲基化的pri-miRNA被DGCR8识别和加工。并且进一步的实验显示METTL3可以促进miRNA的成熟，表明这些m6A修饰使DGCR8靶向pri-miRNA并促进miRNA的成熟。
另一项研究揭示了m6A在miRNA加工中的作用。在这项研究中，Zhang指出吸烟对胰腺导管腺癌中m6A修饰的miR-25-3p成熟的影响。研究表明，吸烟引起METTL3上调的具体调控机制涉及METTL3启动子的表观遗传调控。这种表观遗传修饰增加了pri-miR-25-3p水平的METTL3依赖性调节，并增强了miR-25-3p的加工。而miR-25-3p影响了其靶标PHLPP2的进程，从而使得AKT-p70S6K信号通路受到影响。该研究表明了METTL3-miR-25-3p-PHLPP2-AKT调控轴可能会影响吸烟诱导的胰腺导管腺癌的转化。
 最近，Fish等报道了TARBP2作为一种RNA结合蛋白，将甲基转移酶复合物募集到其目标转录本，导致转录本的m6A甲基化。而m6A甲基化导致TARBP2结合的转录本内含子保留和核RNA衰变。此外，作者发现TARBP2通过下调ABCA3和FOXN3的表达促进肺癌的生长。RISC具有核酸内切酶活性并整合成熟的miRNA。整合的miRNA可指导RISC至其靶mRNA上，从而引起靶mRNA裂解。另外，TARBP2是RISC加载复合体的重要组成部分。因此，TARBP2介导的m6A修饰可调节miRNA的过程，例如miRNA的整合、成熟和降解。但是，这一假设需要进一步的研究加以证实。
02
m6A修饰对lncRNAs的调控
lncRNAs是一类长度超过200个核苷酸的转录本。lncRNAs具有m6A修饰，也可能通过某些途径调控基因表达。m6A修饰对lncRNAs的影响可能涉及多种调控机制。一方面，m6A修饰可能通过提供m6A reader蛋白的结合位点或通过调节局部RNA结构来诱导RNA结合蛋白进入，从而调节lncRNAs的功能。另一方面，m6A修饰也可能通过影响RNA-DNA三螺旋结构来调节lncRNAs与特定DNA位点之间的关系。 Fig3. m6A修饰调控lncRNAs。Ⅰ、XIST通过将特定的蛋白质复合物募集到X染色体从而有效地沉默基因转录。XIST通过形成（RBM15）/RBM15B-WTAP-METTL3复合物来募集沉默复合物，从而调节基因的转录沉默。敲低METTL3或RBM15可降低m6A修饰水平，从而导致XIST介导的基因沉默受损。
Ⅱ、ALKBH5是一种m6A去甲基酶，与lncRNA FOXM1-AS相互作用以增强其功能。随后，ALKBH5促进HuR与FOXM1新生转录本的结合。最后，ALKBH5通过使FOXM1新生转录本的3’UTR去甲基化来诱导高水平的FOXM1。 在雌性哺乳动物发育过程中，lncRNA XIST通过将特定的蛋白质复合物募集到X染色体上从而发挥基因沉默转录的功能。Patil等人的研究表明，XIST可以通过形成（RBM15）/RBM15B-WTAP-METTL3复合物来调节基因的转录沉默，该复合物招募了沉默复合物。此外，敲低METTL3或RBM15可以降低特定转录本上m6A修饰的水平，从而使lncRNA X染色体失活。此外，YTHDC1识别XIST上的m6A残基，随后介导了由lncRNA诱导的基因沉默引起的调控。 Zhang等人报道了胶质母细胞瘤干细胞（GSC）中，m6A去甲基化酶ALKBH5与lncRNA FOXM1-AS相互作用可促进癌细胞的增殖和致瘤性。ALKBH5可通过使FOXM1新生转录本去甲基化来诱导高水平的FOXM1转录本。在这个过程中，lncRNA FOXM1-AS与ALKBH5相互作用，可以增强FOXM1新生转录本3’UTR的去甲基化。然而，这项研究仅证明了FOXM1-AS与ALKBH5结合，至于ALKBH5是否介导了FOXM1-AS序列的去甲基化，还有待进一步探索。 lncRNA MALAT1在细胞核中高度表达。MALAT1包含一系列m6A修饰，在肿瘤疾病中上调。Zhou等人的研究证实，MALAT1由于m6A修饰而发生结构变化，从而调节RNA与某些特殊结合蛋白之间的相互作用。此外，MALAT1的m6A修饰也可影响其在细胞核中的定位和活性。且MALAT1的M6A修饰可促进HNRNPG、HNRNPC或METTL16与转录本的结合，进而调节基因表达。 LncRNA 1281位于细胞质中，经常发生m6A修饰。LncRNA 1281包含几个不同的m6A修饰位点，对于let-7的结合至关重要。Yang等人的研究表明改变lncRNA 1281的m6A修饰水平可以显著影响let-7水平，从而影响ESC的分化。 此外，Chu等人的研究表明Olfr29-ps1依赖于m6A修饰来发挥其生物学功能。Olfr29-ps1是一种lncRNA假基因，在髓源性抑制细胞（MDSC）中表达，并受IL-6调节。GM-CSF和IL-6诱导Olfr29-ps1的m6A修饰。其中METTL3发挥着重要作用，敲低METTL3降低了MDSC中Olfr29-ps1的表达，表明m6A修饰可诱导Olfr29-ps1的形成和稳定性。随后，Olfr29-ps1的m6A修饰通过将Olfr29-ps1募集到Ago2相关的RNA复合物中来促进Olfr29-ps1和miR-214-3p之间的功能相互作用。最后，MyD88受miR-214-3p调控，敲低MyD88对MDSC免疫抑制和分化起重要作用。表明Olfr29-ps1主要依赖于m6A修饰的Olfr29-ps1/miR-214-3p/MyD88调节途径来调节MDSC的免疫抑制和分化。
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m6A修饰对circRNAs的调控
CircRNAs最早在RNA病毒中被发现，属于缺少3’和5’末端的非编码RNA家族，通常由pre-mRNA反向剪接产生，以环状RNAs的形式存在。作为一种参与多种生理或病理过程的环状结构非编码RNAs，circRNAs具有结构稳定性、序列保守性和组织特异性表达的特点。研究发现circRNAs，特别是外显子来源的circRNAs可以被m6A修饰。此外，甲基化circRNAs表现出蛋白编码能力。一项研究表明，组成型m6A motif在circRNAs中高度表达，单个m6A位点可以完全驱动翻译起始。研究还发现circRNAs具有m6A修饰，其受去甲基化酶FTO和METTL3/14甲基转移酶复合物的调控。进一步的研究表明，circRNAs的m6A修饰可以通过介导eIF4G2和结合蛋白YTHDF3来促进circRNAs的翻译过程。 Fig4. m6A修饰调控circRNAs。m6A修饰影响circRNA的调控机制发生在细胞质中。CircRNA受去甲基化酶FTO和甲基转移酶复合物METTL3/14调控。甲基转移酶复合物METTL3/14可诱导m6A对circRNA的甲基化修饰，而去甲基化酶FTO则可以去除circRNA的m6A甲基化。YTHDF3识别m6A甲基化位点，然后将eIF4G2募集到circRNA，从而导致circRNA翻译。因此，circRNAs可以被m6A修饰，甲基化的circRNAs表现出蛋白质编码能力。在最近的一项研究中，Chen等人证明了人类内源性circRNAs的m6A修饰发挥了抑制先天免疫的重要功能。作者还发现，外源性circRNAs在体内可诱导抗原特异性T和B细胞活化、抗体产生和抗肿瘤免疫，而这些外源性circRNAs的m6A修饰可以抑制免疫激活。此外，YTHDF2通过识别m6A对于抑制先天免疫至关重要。因此，这些结果提示circRNAs也可能通过其m6A修饰来调节肿瘤的进展。但是，需要更有力的证据来证实所涉及的调控机制。 综上所述，这些发现表明circRNAs与m6A成员相互作用的调控机制对癌症进展很重要，并且可能为肿瘤发生和发展提供新的见解。但是，调控circRNAs的m6A修饰的例子相对较少，还没有进行足够的研究来探索这些修饰。因此，通过对circRNA甲基化修饰的研究将进一步揭示m6A修饰在circRNA功能中的作用。三、非编码RNAs对m6A修饰的调控
m6A修饰对非编码RNAs具有调节作用，包括其产生、剪接、转运、降解和表达。有趣的是，非编码RNA水平的异常也会影响m6A水平。
01
MiRNA对m6A修饰水平具有调节作用
例如，miRNAs可以通过改变m6A修饰水平来影响干细胞分化。Chen等人的研究发现m6A位点的共有序列RRACH（R=G或A，H=A、C或U）motif与miRNAs的种子序列反向互补，表明在一定程度上，miRNA可能靶向m6A峰值区域。值得注意的是，miRNAs使用序列配对机制来调节m6A的修饰。具体而言，miRNAs通过调节METTL3甲基转移酶与具有miRNA靶向位点的mRNA的结合，从而调节m6A的丰度。然后，m6A丰度的增加会引发一系列功能，包括启动细胞重编程，从而导致多能小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）。相反，减少m6A修饰的数量可以抑制细胞重编程。总之，miRNAs在m6A修饰中起重要作用，并为细胞重编程奠定了基础。 Du研究报道了miR-33a可通过靶向METTL3 mRNA来影响非小细胞肺癌（NSCLC）的增殖。研究发现肺癌组织中的METTL3 mRNA表达水平高于正常组织。并且MiR-33a能够直接与NSCLC细胞中METTL3 mRNA的3’UTR结合。但是，miR-33a的表达水平与METTL3呈负相关，miR-33a可同时引起mRNA和METTL3水平的下降。下调METTL3表达可抑制肿瘤细胞的生长和侵袭并促进细胞凋亡。总之，miR-33a通过靶向NSCLC细胞中的METTL3发挥肿瘤抑制作用。这一发现为miRNAs调控m6A修饰的机制提供了新见解。 另外，哺乳动物肿瘤蛋白HBXIP的异常表达在乳腺癌的发生和发展中起重要作用。HBXIP在乳腺癌中高表达，并可上调METTL3表达。MiRNA let-7g作为肿瘤抑制因子可通过靶向METTL3 mRNA的3’UTR来抑制肿瘤发生。HBXIP通过抑制miRNA let-7g促进METTL3的表达，从而导致m6A修饰的增加。而METTL3表达的上调反过来促进了HBXIP的表达。这种调节机制导致在乳腺癌细胞中形成HBXIP/let-7g/METTL3/HBXIP的正反馈回路，并促进了乳腺癌细胞的发生、增殖和侵袭。此外，miR-145通过调节YTHDF2的水平来调节m6A修饰的水平和功能。越来越多的证据表明，m6A reader蛋白对于m6A修饰发挥其生物学功能是必需的。YTHDF2是第一个被发现用于调节mRNA稳定性的m6A reader蛋白。MiR-145具有多种生物学功能，已被证实与许多人类疾病有关，例如结肠癌、前列腺癌、肾癌、食道癌和卵巢癌。据报道，miR-145通过靶向其3’UTR来降低YTHDF2的表达，从而导致肝细胞癌（HCC）细胞中的m6A mRNA水平升高。然后，YTHDF2下调抑制了HCC细胞的发生、增殖、侵袭和转移（fig5）。总之，miR-145对YTHDF2的调节在肝癌细胞的生物学功能中起着重要作用。 Fig5. 非编码RNAs对m6A修饰的调控。成熟的miR-145和mRNA被转运到细胞质中，从而发挥各自的作用。MiR-145通过靶向HCC细胞中YTHDF2 mRNA的3’UTR来降低YTHDF2的表达。然后，YTHDF2的减少会增加m6A mRNA的水平，从而导致HCC细胞的发生、增殖、侵袭和转移的减少。综上所述，miR-145对m6A修饰的调控在HCC细胞的生物学功能中起着重要作用。
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lncRNAs对m6A甲基化具有调节作用
LncRNA GAS5是一个肿瘤抑制基因，可抑制癌细胞的增殖、侵袭、迁移、上皮间质转化（EMT）和辐射耐受性。LncRNA GAS5-AS1是GAS5的反义RNA，其下调与TNM分期、淋巴结转移和肿瘤（如NSCLC和肝癌）的预后密切相关。Wang等人研究报道了GAS5-AS1通过作用于去甲基化酶ALKBH5和调节GAS5的m6A修饰而增强了GAS5的稳定性，从而抑制了宫颈癌细胞的增殖、侵袭、迁移和转移。此外，m6A介导的GAS5降解依赖于YTHDF2的参与。 Zhu等人研究报道了lncRNA ARHGAP5-AS1的上调促进了胃癌细胞的化学耐药性。此外，ARHGAP5-AS1通过募集METTL3来稳定细胞质中的ARHGAP5 mRNA，从而刺激ARHGAP5 mRNA的m6A修饰。最后，ARHGAP5-AS1增强了其靶基因ARHGAP5的表达并促进了胃癌细胞的化学耐药性。因此，靶向ARHGAP5-AS1/ARHGAP5轴可能是克服胃癌化学耐药性的潜在治疗策略。
03
circRNAs可能间接调节m6A修饰
研究证实，circRNAs作为miRNA海绵，可以竞争性结合miRNAs，并影响其活性和其下游靶基因的表达。在某些癌症中已发现circRNAs对miRNA的调控作用。此外，miRNAs已经被证明可以调节m6A的修饰。因此，在一定程度上，circRNAs可能间接调节m6A修饰。但是，这些调节功能的机制需要进一步确认。总而言之，随着对非编码RNAs和m6A修饰的研究不断深入，非编码RNAs对m6A修饰的调节作用日益明显，并且相关的调节机制在细胞的生物学功能中发挥着重要作用。原文：Ma S, Chen C, Ji X, et al. The interplay between m6A RNA methylation and noncoding RNA in cancer[J]. Journal of Hematology & Oncology, 2019, 12(1): 121.来源：锐博生物
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