文摘
巨大的新兴证据连接的基本修改和决心干细胞增殖和分化等的命运。基地中修改标记广泛研究,5-methylcytosine (5-mC)及其氧化衍生物(5-hydroxymethylcytosine (5-hmC) 5-formylcytosine (5-fC)和5-carboxylcytosine (5-caC))动态地发生在DNA和RNA和被承认为重要的表观遗传标记参与调节细胞生物过程。N6-Methyladenosine修饰DNA (m6dA),信使rna (m6A) tRNA和其他非编码rna被定义为另一个重要的表观遗传和epitranscriptomic近年来在真核生物标记。mRNA m6A修改生化反应特征,分子,和表型,包括说明甲基转移酶复合物(m6A作家),demethylases (m6A橡皮擦)、蛋白质(读者)和直接互动,而DNA m6dA有限的信息是可用的。的水平和景观m6A epitranscriptomes和表观基因组正是和动态调整协调监管的作家和橡皮按照阶段的增长,发展和繁殖自然寿命期间的程序。此外,升值的进展之间的关系异常m6A修改在干细胞和疾病,如癌症和神经退行性疾病。这些成就激励科学家们进一步揭示干细胞的表观遗传机制发展和解剖病理发展失常赋予的多种疾病的干细胞。的研究进展综述篇文章将着重介绍m6A甲基化修饰的DNA和RNA的作用在干细胞的规定和《创世纪》密切相关的疾病。此外,本文还将解决未来的研究方向。
1。介绍
表观遗传学是指基因表达改变遗传造成下一代nongenetic但遗传细胞DNA序列变化以外的内存(1]。表观遗传记忆包括动态基础修改(DNA甲基化/脱甲基),组蛋白修饰、染色质结构,和非编码rna保持所有的生物过程编程的踪迹。确实microevent在基地的修改可能会导致强烈的“地震”在代谢途径的生物表型的改变。因此,任何异常变化可能导致发展异常和神经疾病和癌症等疾病的引发了(2- - - - - -8]。
DNA甲基化等基本修改5-cytosine (5-mC) [9- - - - - -14)和5-hydroxymethylcytosine (5-hmC) [15- - - - - -21)被公认为最好的表观遗传标记特征在哺乳动物的大脑22- - - - - -25和胚胎干细胞26- - - - - -28),因而本质上调节染色质结构和基因表达的潜在机制。在目前的评论文章中,我们强调另一个进步基础修改N6-methyladenine既存在于DNA (m6dA)和RNA (m6A),而不是新发现的历史,但其生物功能正在逐步推出只有近年来监管的发展和干细胞的命运。与此同时,未来研究方向N6-methyladenine得到解决。
1.1。RNA m6A修改
微调功能和代谢调节需要的RNA转录后的修改记录。超过100的化学修改中RNA从几乎所有已知的生物29日- - - - - -31日],N6-methyladenosine (m6A)已经被认为是最丰富的在数量和突出自己的权力范围的监管功能真核mRNA,导致支付的重大努力特别是近年来发明和应用高通量测序以及现代分子和基因技术的进步。
RNA m6A由多组分催化甲基转移酶复杂(“作家”),优先约束结合蛋白(“读者”),并可以删除特定demethylases(“橡皮擦”)(数据1和2、表1)。最近的研究在mRNA m6A修改有关mRNA体内平衡的m6A-dependent控制基因表达的转录后的调控参与广泛的代谢途径,因此。
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1.2。DNA N6-Adenosine修改(m6dA)
N6-Methyladenine修改不仅是一种RNA标记(m6A)也是一种基因组DNA标记(m6dA)。从原核生物m6dA的最初的发现是32特别是细菌,但后来发现这是在较低的真核生物(33- - - - - -43]。在高等真核生物、变更m6dA水平从最丰富的在胚胎发生显著降低成人组织发展表明其重要性和潜在的维护与再生。像5-hmC损失作为癌症细胞的特点,显著降低m6dA水平也被报道在不同的癌细胞(未发表的数据)。
2。m6A和m6dA Epitranscriptomes和表观基因组的分布
2.1。m6A分布Epitranscriptomes
mRNA的几个生物测序的数据表明m6A-methylated mRNA ~只占总数的25%细胞信使rna,暗示的高选择性和特异性m6A网站在目标mRNA虽然相关机制仍然是难以捉摸的。
m6A分布非随机的和不对称的方式多数m6A网站高纯度在5UTR 3UTR、终止密码子和长基因内区相对于编码区域(表2)[44,45]。此外,m6A景观动态改变按照发展阶段和生理条件,但哺乳动物物种中高度保守的相应条件,表明监管发展和重要的功能相关性(44]。然而,一些研究认为,m6A函数作为一个更快的方法转录后的基因表达增强(46]。此外,m6A被认为是一个特殊的功能在发展转型领导m6A-marked成绩单退化(46]。
2.2。m6dA分布表观基因组
2.2.1。m6dA分布在真核生物的基因组
全基因组的m6dA分布在基因组特征识别和运用多种策略([42,47),姚明et al .,未发表的数据42,48- - - - - -51])。然而,到目前为止,这些方法就可以提供准确的检测m6dA分布在基因组中,暗示不可或缺的多个策略的交叉验证效率和灵敏度高。
m6dA-IP-seq、SMRT-seq和单分子long-read-seq了巨大的贡献识别m6dA在基因组的基因位点秀丽隐杆线虫(39),果蝇(40),衣藻(36)和真菌(52总结如表2。不像epitranscriptomes m6A站点的分布,分布的m6dA大大不同基因组基因。使用单分子long-read-seq m6dA水平和基因分布在16个不同真菌的基因组进行比较。事实证明,m6dA所有腺嘌呤碱基的比率(A)达到2.8%;水平显著高于所有其他真核生物到目前为止已确定(52]。80 - 99.6%的m6dA网站不同的基因组中有位于图案对称和附近的高甲基化m6dA集群大大丰富的下游tss积极表达基因启动子(52]。更有趣的是,与大量的5-mC m6dA分布呈负相关。
而在秀丽隐杆线虫整个基因组m6dA没有地区偏好,它主要分布在转座子元素以及在中枢神经系统基因组([飞40,42),和未发表的数据)。特别是,我们发现大部分的马6基因内的地区特定浓缩在内含子和翻译(utr)地区果蝇神经元细胞BG3C2(姚明et al .,未发表的数据)。相比之下,m6dA优先丰富转录起始地点(tss),在启动子基因,基因间区域(53),与t nucleosome-linker DNA序列的主题衣藻(36,53]。
基于SMRT-seq m6dA映射的基因组四膜虫表明m6dA浓缩在5基因的身体和主题的链接器DNA区域两侧核小体特别是H2A。(Z) - H2A的一种变体包含核小体(54]。此外,m6dA专门与波尔II-transcribed相关基因,完全表明m6dA染色质景观作为一个不可或缺的组成部分,发挥了作用在染色质重塑和基因表达在转录水平。
在老鼠大脑,m6dA明显偏见的基因分布,根据收益或损失的m6dA按照压力或正常的生理条件。m6dA在压力的获得高纯度的基因间区域的前额叶皮层(PFC),虽然intragenically外显子与内含子和排除在大多数编码(42]。SMRT-ChIP-seq-based化验确定了重要的浓缩H2A m6dA沉积的地区。X (H2A变体)和基因间的但不是在拥有地区以及转座子1号线在老鼠和老鼠胚胎干细胞(54]。m6dA的主题多样性和非随机分布在遥远的基因组显示潜在的生物功能的特定的生物。
3所示。甲基转移酶(作家)m6A在RNA和DNA甲基化
3.1。作家的RNA m6A真核生物
多个组件组成的复杂的异质二聚体METTL3-METTL14与WTAP特征和KIAA1429甲醇为主要作家基腺苷ACU守恒的地区(55- - - - - -60]。复杂的不同组件已经指定了各自的角色,共同认识提高执行它们的功能更有效地识别和精确定位的m6A甲醇甲基化网站m6A腺苷网站。敲除或击倒Mettl3或Mettl14导致损耗或RNA m6A水平急剧下降,表明其功能作为RNA m6A甲基化的甲基化酶(58,59,61年]。
尽管METTL3承认作为主要的甲基转移酶,越来越多的复杂组件的甲基转移酶被识别,如ZFP217, 15元,15元绑定到特定的目标网站的RNA来执行特定的功能。WTAP被认为是负责招聘METTL3-METTL14复杂核斑点(57,58)RNA腺苷酸甲基化发生的地方。METTL14, METTL3的伙伴,虽然没有发现甲基转移酶活性,可以促进RNA识别甲基化位点(62年]。此外,rna结合主题蛋白质15(15元)及其paralogue 15元新兵METTL3-WTAP复杂m6A共识为甲基化(63年]。
3.2。作家在真核生物DNA m6dA
任何基地可以动态地修改监管按照阶段的增长,发展和繁殖,包括一代作家和清除橡皮擦。而甲基转移酶和demethylases m6A RNA修改已确定和特点,目前为止,只有有限的信息用于DNA的甲基化和脱甲基m6dA修改。主要的甲基转移酶等RNA m6A METTL3 / METTL14[组成的复杂的62年,64年- - - - - -66年只有弱活动在人类DNA甲基化58]。在其他特征等5-cytosine甲基化DNA甲基转移酶DNMT家庭成员,到目前为止,没有证据显示他们的活动将甲基转移到6生成m6dA da基地。同样,对于N6-methyladenosine转移酶RNA m6A的形成,如IME4诱导物酿酒酵母(67年,68年在人类身上,MT-A70域(69年),和DAMT-1c .优雅(39),到目前为止没有直接生化证据显示他们是否真的功能基因组DNA甲基转移酶。集体,似乎绝大多数N6-adenosine甲基化的甲基转移酶RNA弱或根本没有活动的基因组DNA腺嘌呤甲基化,表明尽管它是完全相同的基甲基化事件,几串扰之间的事件发生在DNA和RNA。
4所示。读者m6dA m6A RNA和DNA
4.1。读者/ RNA m6A效应器
转换从epitranscriptomic信息刻在RNA m6A功能信号是由一个特殊的类的蛋白质定义为m6A读者或效应器。读者/效应器高度密切相关的m6A网站由于变更的二级或三级结构在特定领域(s)的目标rna m6A网站处理。因为没有已知m6A读者被证实是直接参与microrna的生物起源,信使rna成熟,剪接因子,或信使rna的半衰期,函数的m6A标记是最可能执行的m6A reader-mediated下游事件(图2)。通过绑定到周围m6A域(s), m6A读者/效应器可能会改变rna蛋白质构象为招聘的第二个蛋白质组件通过直接与读者互动或绑定到新网站(s)中创建protein-RNA构象重构。第二个蛋白可能决定命运的招聘目标的RNA作为招募蛋白质被称为参与mRNA的新陈代谢。到目前为止,一类m6A读者蛋白质组件已被确认,这些组件分为几个家庭,包括从技术上说,云天化域(70年- - - - - -82年),hnRNP家庭包括hnRNP-A2 / B1, hnRNP-C, hnRNP-G, hnRNP-F, hnRNP-H1, hnRNP-H2 [83年- - - - - -87年],KH域,zf-CCHC域,RBD RRM,锌关节域蛋白质家庭(88年- - - - - -92年),总结如表1。
4.2。RNA m6A反射极
除了m6A读者,m6A排斥蛋白质(或m6A反射极)也发现在最近的一项研究[87年]。优先的m6A反射极与一个修改的RNA序列但m6A排斥,如G3BP1和G3BP2称为应力颗粒蛋白(93年,94年],USP10 CAPRINI(互动合作伙伴G3BP1 G3BP2),和腺苷酸甲基转移酶METTL16小核RNA。m6A读者相比,这些反射极是更加多样化和细胞泛型类型(87年]。它已被证实在体内和体外的RNA m6A反射极积极影响稳定的目标通过mRNA结合mRNA目标(87年]。
5。功能的RNA m6A m6dA橡皮擦
5.1。RNA m6A橡皮擦
腺苷酸甲基转移酶和demethylases(橡皮)认识提高m6A共同调节动态水平和景观产生的阶段期间,发展,和繁殖。功能研究m6A一直落后,直到近年来发现其“抹除”(85年,95年,96年]。到目前为止,demethylases几件物品已经被确认和m6dA DNA和RNA m6A特点。
5.1.1。FTO
到目前为止,只有两个成员已确定展示可比demethylase活动,包括FTO和ALKBH5 [77年,95年- - - - - -97年]。FTO,属于AlkB家庭非血红素铁(II) / a-ketoglutarate -(一公斤)依赖加双氧酶,是第一个demethylase标识在RNA (m6A脱甲基的96年]。FTO主要表达于大脑和脂肪组织(95年,98年,99年]。更具体地说,像春节蛋白质转换5-mC 5-hmC, 5-fC, 5-caC, FTO可以氧化m6A的中间形式N6-hydroxymethyladenosine (h-m6A)和N6-formyladenosine (f-m6A)。然而,这些中间体的功能仍然是难以捉摸的他们是否只是中间体与短寿命最后转化为常规腺苷或他们作为特殊的修改标记进一步影响rna蛋白质相互作用[One hundred.]。
5.1.2中。ALKBH5
四个9大肠杆菌AlkB家族在哺乳动物同源染色体(ALKBH1-9)细胞都被定性为不同demethylases功能从ribonucleobases切除甲基,包括ALKBH1 ALKBH5, ALKBH8,和ALKBH9分别85年,95年,101年]。FTO, ALKB5第二demethylase确定消除m6A甲基的真核核糖核酸,调节出口和RNA信使RNA代谢以及生育哺乳动物表型。相比之下与优惠表达式FTO大脑和脂肪组织(98年,99年在睾丸中表达的],ALKBH5高度95年),这表明tissue-preferential demethylase负责当地脱甲基的表达活动。障碍ALKB家族的水平在哺乳动物中诱导许多类型的疾病,建议的基本角色的动态m6A水平生活过程。
成员最近,DDX3死盒子RNA解旋,被发现与ALKBH5通过ATP域和DSBH域ALKBH5调节mRNA脱甲基的活动。此外,监管DDX3 m6A microrna的甲基化状态。这一结果表明,潜在的合作伙伴等demethylases DDX3可以调节demethylase活动更有效地和精确地102年]。
5.2。DNA m6dA橡皮擦
至于脱甲基,尽管5-mC可以通过一千零一十一易位蛋白质脱甲基(春节)家庭成员在真核基因组DNA尤其是哺乳动物(103年这些成员),似乎多数不是功能m6A脱甲基的RNA。同样,发现大多数的脱甲基酶RNA马6,如ALKBH5 AlkB家族的一个成员加双氧酶(95年),显示非常弱,甚至根本没有活动的m6dA DNA。然而,FTO已被确认的m6dA催化脱甲基合成DNA (96年)和更强的活动比RNA m6A脱甲基作用在体外条件下,但仍然缺乏证据是否适用于体内基因组DNA。
5.2.1。DMAD
一千零一十一年哺乳动物的同源染色体易位蛋白家族(春节)104年)是第一个demethylase m6dA擦除的DNA中确定果蝇([40),姚明et al .,未公开的数据)。DMAD属于春节总科的蛋白质,这些蛋白质功能的脱甲基5-mC在哺乳动物中,但到目前为止没有报告可用于哺乳动物的建立,能催化的脱甲基5-mC 5-hmC。一个组蛋白H3K4me2 demethylase SPR-5,潜在m6dA demethylase秀丽隐杆线虫可以作为公认的m6dA demethylase SPR-5缺陷突变体的提升水平m6dA世代(39),但还需要进一步的生化证据来支持这样的结论。
5.2.2。ALKBH1
第二个demethylase一直在哺乳动物胚胎干细胞特征促进DNA的脱甲基m6dA [47,105年,106年]。到目前为止,还不清楚这demethylase m6A函数作为脱甲基的RNA。
5.2.3。FTO
在体外条件下,首次发现demethylase FTO RNA m6A也显示了一个更强的活动合成m6dA脱甲基的DNA链比RNA链(96年),这表明潜在的强大demethylase m6dA基因组DNA。后来,黄等。107年进一步证实了一个逆相关性FTO基因组DNA的表达和m6dA水平,表明FTO充当一个DNA m6dA橡皮尽管体外生化证据仍然是不可用的。
6。监管RNA m6A的函数
尽管取得了重大努力研究RNA m6A修改,精确调控机制在很大程度上仍未知。然而,新兴证据表明,RNA m6A修改是必不可少地参与广泛的光谱的生物功能分子和表型水平。在分子水平,m6A调节RNA代谢,包括mRNA (56,61年,74年,80年,83年,84年,95年,108年- - - - - -116年),rRNA, tRNA, microrna的(83年,115年],circRNA [116年]。
6.1。信使核糖核酸的
m6A修改调节mRNA稳定(56,61年,74年,108年,117年],间隙[75年),可变剪接(80年,109年- - - - - -111年)、运输和定位(95年),翻译效率(112年,113年),和mRNA-protein交互(84年,114年]。
6.2。互惠的microrna的成熟和监管m6A甲基化
hnRNP蛋白质家族成员如hRNPA2 / B1和hnRNP-C作为m6A读者。hnRNP-A2 / B1显示甲基化的高亲和力m6A METTL3和位于pri-miRNAs。绑定后m6A hRN-A2 / B1新兵微处理器复杂microrna的前兆,前身为成熟microrna的增强处理(83年,115年]。相反地,通过基地启动特定目标信使rna序列,microrna调节m6A修改绑定的水平通过镇压METTL3 mRNA包含miRNA-targeting网站证明,马6 miRNA-binding网站的网站丰富目标mRNA在小鼠多能性细胞和分化细胞(118年]。
6.3。调节长非编码RNA (lncRNA) m6A甲基化
功能相当高的富足背后的秘密m6A在真核生物lncRNAs相对于其他RNA分子(41,107年,119年)尚未公布直到最近,逆lnc-XIST m6A甲基化水平之间的相关性和其消声功能被发现120年]。作为一个长非编码RNA X-inactive特定的成绩单,XIST函数作为X染色体上的基因消音器在转录水平。m6A读者之一,YTHDC1,优先结合m6A标记XIST和XIST-conferred转录沉默是必不可少的在人类细胞(121年- - - - - -123年]。
6.4。circRNAs m6A监管
圆形rna (circRNAs)属于一种新型的ncRNAs轴承中表达的共价闭环结构和普遍较低和较高的真核生物(124年]。虽然它们的功能在很大程度上仍难以捉摸,新兴数据表明circRNAs可能调节基因的表达125年,126年)和病理上参与一些疾病的进展,比如癌症(127年和神经障碍128年]。最近的一项研究表明,内生circRNAs可能产生蛋白质,扩大cap-independent翻译的小说模式(129年]。最近,周等人发现了普遍m6A修改circRNA通过全基因组映射m6A网站(116年,130年]。原来在circRNAs m6As作者和读者共享相同的蛋白复合物与mrna,同时显著区别之间存在许多m6A网站circRNA与mrna。方式的其中的一个区别就是m6A circRNAs mrna unmethylated外显子的生成和circRNAs源自m6A-methylated外显子往往是不稳定的由YTHDF2,表明m6A修改指导circRNAs的规定。
6.5。对于tRNA甲基化
tRNA作为蛋白质合成机制的重要组成部分。在tRNA沉重的修改中,存在m6A已经确认,和动态监管m6A tRNA严重影响其功能。哺乳动物ALKBH1,除了它的功能作为DNA m6dA demethylator,被还测试了脱甲基的tRNA demethylase N1-methyladenosine (m1A)。增强表达ALKBH1导致减毒翻译起始由于目标转运rna的脱甲基,因此导致蛋白质合成减少使用的图示。的动态监管tRNA m6A葡萄糖availability-dependent方式,完全表明动态m6A tRNA调节基因表达转录后的(131年]。
6.6。DNA损伤反应
最近,据报道,RNA m6A修改可以调节UV-induced DNA损伤反应迅速招募波尔K, DNA聚合酶与DNA损伤修复,快速修复的损害网站赋予细胞生存(130年]。
6.7。与m6A改变表型相关
表型,m6A参与性别决定的规定(132年,133年),男性不育95年,134年],生物钟[135年),神经障碍(132年,133年,136年),和其他疾病,如癌症113年,137年- - - - - -141年]。
7所示。潜在功能的DNA m6dA修改
restriction-modification的发展(-)系统赋予丰富的m6dA等原核生物大肠杆菌(38)已被一致公认的。m6dA的势函数,尽管已经取得了进展,如细菌DNA m6dA可能导致哺乳动物肿瘤细胞的分化142年),基本上仍是难以捉摸的。m6dA基因组DNA的动态改变与脑功能([42,136年),姚明et al .,未发表的数据),胚胎发生(131年],繁殖[40,131年),ES细胞发展(47)的生物,这表明m6dA从根本上生物功能的真核生物除了影响protein-DNA交互在真核生物143年- - - - - -145年),而不是-在原核生物系统。
7.1。DNA m6dA-Mediated染色质重塑
m6dA的功能被认为是通过m6dA-mediated调节染色质结构和转录水平。它已经表明,m6dAs链接器DNA区域的分布H2A variant-containing定位准确的核小体,比如H2A。小鼠胚胎干细胞(X沉积地区47)和H2A。Z在四膜虫(54]。这一发现表明m6dA在染色质重塑的作用。此外,一些m6dA网站有很高的亲和力与波尔II-transcribed基因,提高这些基因的转录54]。
7.2。DNA m6dA-Mediated基因表达的双重功能
m6dA读者蛋白质尚未识别和特征。绑定m6dA-distributed地区,类似于MeCP2 m6dA读者可能招募伙伴改变染色质结构。然而,在5-mC-mediated转录沉默相比,m6dA授予转录激活和镇压取决于生物组织或发育阶段甚至在同一生物(36,39,40,52,54]。
研究显示m6dA-conferred转录镇压像5-mC监管方式在许多生物体([36,40,42,146年])。在果蝇马6水平与卵巢的转座子表达式(负相关40]。在鼠标,显著增加m6dA以下环境压力水平负相关的一组神经元基因的表达和线转座子42]。通过马6全基因组和转录组分析,我们发现,马6可以作为一个压抑的表观遗传标记在一组基因在神经发育和神经功能果蝇。
在鼠标的ESCs m6dA沉积演化时代的强烈偏见L1转座子。m6dA大大丰富,相对于老少L1元素,积极的关联与表观遗传沉默的L1转座子连同周围的增强子和基因在哺乳动物基因组(47]。
与基因表达的m6dA-associated镇压,m6dA积累激活基因的表达在一些生物体或在某些特定组织或发育阶段衣藻(36)以及斑马鱼早期胚胎发生(147年)、真菌(52),和成年小鼠的大脑148年]。另外,相比nonmethylated DNA,腺嘌呤基地m6dA可以减少碱基对的结合能149年),因此破坏DNA工器,促进m6dA-enriched区域的DNA,解除,或使DNA转录起始结构更加开放和下游加工(150年]。
8。的干细胞命运调控RNA m6A修改
m6A网站或水平的动态变化改变m6A epitranscriptomes景观的干细胞。这可能导致增强或阻碍的关键基因的表达负责增殖,分化,或规范在胚胎发生和正常组织/器官/生物个体的发展。因此,干细胞的命运。尽管RNA的确切功能m6A干细胞调控仍然是难以捉摸的,新兴的证据表明,胚胎干细胞的mRNA m6A不可或缺的角色,包括“诱导多能性”细胞、胚胎干细胞、骨髓ES细胞,血液干细胞,神经干细胞(61年,111年,136年,151年- - - - - -154年如下总结。
8.1。m6A-Mediated体细胞重编程的监管
显著的脱甲基5-mC主要集中在基因的启动子区域编码一些多能性因素如Oct4、Nanog, Sox2, Klf4作为先决条件在体细胞重编程对诱导多能干细胞(万能)。春节的脱甲基作用主要是催化,因此导致的过度定义重组因子(155年]。相反的逆相关5-mC DNA甲基化水平和重编程效率在体细胞重编程(155年],矛盾的是,m6A mRNA甲基化水平的提升提高效率(156年]。这证实了超表达METTL3和四个实验因素(Oct4,Sox2,Klf4,原癌基因)在小鼠胚胎成纤维细胞(mef)导致海拔m6A丰富的数量,显著提升iPSC殖民地。的差别,对这些基因的甲基转移酶METTL3表达导致减少m6A水平压抑的山中因素的表达,从而抑制了重编程效率,完全显示的基本角色finer-tuned监管相结合的修改同时胞嘧啶和腺苷的DNA和RNA在细胞面对生命过程的重要转折点。
8.2。调节正常的造血干细胞和祖细胞(公司)RNA m6A修改
最近的研究正逐渐揭开RNA m6A修改之间的联系和调节正常造血和白血病细胞以及脊椎动物胚胎发生(59,157年]。METTL3损耗在正常人类造血干细胞/祖细胞(公司)和白血病细胞导致RNA m6A下降水平,促进分化,减少公司和骨髓白血病细胞的增殖。相反,过度的METTL3可能反向METTL3损耗赋予的表型(59]。比较健康的公司或其他类型的肿瘤细胞,的表达METTL3在转录和翻译水平显著增强在急性髓系白血病(AML)细胞。此外,信使rna m6A修改促进翻译原癌基因,BCL2,PTEN在人类AML细胞株mrna。METTL3缺乏诱导分化和凋亡的人类骨髓白血病细胞系,部分归因于磷酸化激酶水平的增加。更有趣的是,METTL3损耗延迟在体内小鼠白血病进展,完全显示的潜力METTL3作为治疗AML的目标(59]。
在斑马鱼胚胎发生、动态mRNA m6A修改水平协调调节endothelial-to-hematopoietic最早的公司转型的命运(过去)。类似于人类的公司,mettl3有缺陷的胚胎,显著降低m6A丰富强烈压制公司代机械化由于延迟YTHDF2-mediated动脉内皮基因的mRNA衰变notch1a和rhoca(157年]。
8.3。成人神经干细胞分化调控的m6A RNA水平
RNA m6A修改水平改变从卓越的动态浓缩在早期胚胎发生的迅速下降,然后维护低剂量。然而,m6A保持更高的总体水平在头和卵巢比其他器官/组织(132年),表明mRNA m6A修改的潜在功能的神经和生殖系统。甲基转移酶缺乏症的变异果蝇寿命减少并伴随着多个行为缺陷主要表现在飞行和运动(132年,133年]。这一结果表明,异常的神经调控与监管m6A损失。因此,m6A overaccumulationFtoko小鼠显示产后神经发育缺陷和镇压的成人神经干细胞增殖和分化(136年]。因此,这导致减少大脑的大小和可怜的学习和记忆。,这表明RNA m6A修改水平必须严格监管的最优水平按照生理条件在胚胎发生和正常发展阶段。
8.4。ES细胞多能性和分化的调控RNA m6A修改
在胚胎发生和ES细胞的发育分化的多能性因素和因素之间的表达水平正是由RNA m6A甲基化和动态监管。RNA m6A赋予监管等表观遗传修饰,来确定对自我更新和分化[ESC的命运154年]。在制Mettl3 knockdown-caused RNA m6A甲基化不足导致失去自我更新能力。甲基化机制是m6A loss-mediated退化的记录编码发展监管机构和其他大量的。相比之下,冲突报告可用于制Mettl3 KO, RNA m6A修改增强了自我更新和分化抑制效率损失(151年]。更多的研究表明,chromatin-associated锌指蛋白217 (ZFP217)可以协调不同的表观遗传和epitranscriptomic网络发挥重要作用在维持多能性ESC和体细胞重编程的两种机制。一个是ZFP217直接调节关键多能性和重组基因的转录。另一个是ZFP217没收METLL3通过相互作用抑制m6A RNA沉积在RNA的一个子集包括多能性和重组因子如Nanog Sox2, Klf4,原癌基因的稳定55]。
8.5。癌症干细胞的调控RNA m6A修改
癌症干细胞(二者)是肿瘤发生和转移的驱动力。暴露的乳腺癌细胞缺氧促进脱甲基的m6A NANOG KLF4 mRNA,导致这些多能性因素的表达增加。进一步研究证实,这些mrna m6A脱甲基的引起的诱导表达ZNF217和由ALKBH5;也暴露于低氧诱发ZNF217-dependent m6A抑制甲基化。所有这些诱变和增强脱甲基HIF-1α端依赖的方式(158年]。
RNA m6A修改调节生成、发展、自我更新和转移/肿瘤发生的人类恶性胶质瘤干细胞(GSC)。METTL3击倒,RNA甲基转移酶的一个关键组件复杂,显著增强GSC增长和自我更新,由m6A甲基化的一个戏剧性的减少造成的。进一步研究显示mRNA m6A分布的变化和随之而来的mRNA表达的基因条件下METTL3或METTL14击倒。相反,过度METTL3或FTO缺乏抑制GSC成长和自我更新。有趣的是,FTO缺乏压制肿瘤进展和GSC-grafted老鼠的寿命大幅增加,表明FTO胶质母细胞瘤(作为一个潜在的治疗目标140年]。
9。调节干细胞的m6dA DNA甲基化修改
虽然m6dA DNA甲基化几乎同时发现了RNA m6A甲基化,进步在理解生物功能很大程度上落后于RNA m6A甲基化。到目前为止,尽管取得了一些进步在理解干细胞调控RNA m6A修改,干细胞调控DNA m6dA修改仍然是一个超级谜。
9.1。昆虫的生殖系干细胞(GSC)监管
m6dA DNA甲基化的动态状态过程中扮演着重要角色果蝇胚胎发生(40]。按照生命过程从受精开始,胚胎发生,以后发展,表达水平的甲基转移酶(尚未确定)和DMAD m6dA demethylase首次发现,必须严格监管m6dA保持适当的水平的基因组。过度或KO / KD DMAD导致产前或产后的杀伤力。似乎m6dA可以维持自我更新的状态,而删除m6dA橡皮DMAD促进GSC分化。
9.2。ESC监管
ALKBH1,第二个确认demethylase m6dA,函数作为专门把甲基从组蛋白H2A加双氧酶。ESC ALKBH1缺乏提高多能性但压制分化特别是神经分化。进一步的研究表明,与核心交互转录多能性因素,ALKBH1在监管中扮演重要角色的自我更新和分化ESC (105年]。更多的证据来自哪里m6dA优先沉积在年轻L1转座子在老L1 X染色体和授予L1沉默在ESC (47]。
9.3。人类骨骨髓来源由m6dA msc的监管
在骨骨髓来源干细胞(MSC), m6dA海拔由于ALKBH1缺乏明显压制MSC分化,导致异常骨表型(159年]。分子,通过互动的核心启动子区域因素不可或缺的成骨细胞的分化,包括Atf4 Runx2,和Osterix ALKBH1删除m6dA这些基因的启动子区域。因此,压迫机制可以解剖m6dA水平增加的启动子区域按照ALKBH1缺乏这些核心因素,阻碍这些differentiation-conferring因素的表达。
10。结束语
在最近的二十年里,一个表观遗传研究中取得了显著的成果特别是5-mC及其中间体,如5-hmC 5-fC 5-caC,最近6马和m6dA。引入细菌DNA m6dA-bearing哺乳动物肿瘤细胞系导致肿瘤细胞的分化142年),揭示到m6A modification-mediated肿瘤治疗。从那时起,m6A研究显著增强识别更多的作家,橡皮擦,尤其是读者m6dA修改基因组及其合作伙伴网络coordination-based规定。到目前为止,了解一代中取得了显著的成果,动态改变,机械、分布和生物功能分子和表型在最近几年。然而,大量的未知谜团背后m6A RNA和DNA m6dA仍然是难以捉摸的。自m6A RNA和DNA m6dA属于不同层次的修改,我们分别讨论它们。
m6dA作家的信息,到目前为止,橡皮擦,m6dA读者在很大程度上仍是个未知数。为了更好地理解m6dA的功能,它是意义的解剖的确切机制m6dA-mediated规定更广泛的物种。(1)机械的额外组件m6dA甲基化(作家)/脱甲基(橡皮擦),读者,和相关的效应物需要确认。(2)一旦确认了这些机械组件,它们的功能应该是针对分子、生理、和表型水平。(3)重要的是理解沉积的分子和细胞机制的m6dA基因组特别是干细胞基因组。(4)5-mC可以通过春节氧化生成5-hmC, 5-fC, 5-caC中间体,同样地,RNA可以转换m6A FTO生成6-hmA和6-fdA作为中间体。因此,有必要确定m6dA可以转化成6-hmdA, 6-fmdA, 6-cadA通过春节或橡皮比如FTO ALKBH1。如果这是真的,他们的功能将是一个有趣的目标作为中间产品最后去除甲基或表观遗传标记的任何已知的生物功能。众所周知,5-hmC函数作为一个中间的脱甲基5-mC真核生物。此外,5-hmC也作为一个重要的表观遗传标记参与广泛的光谱的生物通路如重组、增殖、分化和肿瘤发生。 Do h-m6A and 6-fmdA function as epigenetic markers like 5-hmC? (5) Evidences suggest the inverse correlation between m6dA levels and the complexity of eukaryotic genomes. Relative to the dominant abundance and the significant epigenetic regulation roles of 5-mC in vertebrate genomes, it is paradoxical so far how the 102- to 103-fold lower levels of the m6dA marker still play important roles in proliferation and differentiation of mammalian ESCs. [160年]建议的时间或空间分布m6dA作为补充和替代的DNA标记,而不是相对本构代/处理功能。m6dA极低剂量以来在高等真核生物的哺乳动物似乎并不来自文物从原核生物到真核生物中,它仍然是一个有趣的和重要的问题对于理解不同层的表观遗传规则。(6)损失的DNA 5-hmC已成为癌症细胞的标志。同样,与邻近的正常组织相比,显著m6dA损失在人类原发性肿瘤被发现(未发表的数据)。因此,重视比较马6的水平在多种肿瘤马确认如果失去6修改可能是小说的标志癌症表观遗传诊断的癌症或其他疾病。(7)此外,一些化合物,可以诱导DNA损害已经承认癌症治疗中发挥重要作用。过度的ALKBH家庭成员在某些癌症,如膀胱、前列腺癌、胰腺癌、抑制癌症的DNA损伤,导致癌症细胞增殖和化疗抵抗(161年,162年]。因此,努力都值得研究ALKBH是否支付家庭成员如ALKBH1可以作为治疗目标(s)临床癌症治疗。
对RNA m6A修改,虽然近年来已经取得了重大的进展,中国仍面临着巨大的挑战。(1)多个组件在加工机械复合物m6A甲基化或脱甲基作用可能存在等。发现更多的组件可以帮助我们理解的动态变更的规定m6A水平。ZFP217是第一个修饰符,可以协调不同的表观遗传和epitranscriptomic网络维护的ESCs的多能性和体细胞重编程。它将具有重要意义,进一步识别和描述更多的协调员/修饰符,可以直接调节转录的关键调控基因。同时,潜在的协调员/修饰符可以与m6A RNA甲基化/脱甲基机械复合物。因此,这些修饰符/协调员可以调节转录和m6A RNA性格在RNA的子集包括多能性的因素不可或缺的分化和重组,其他代谢途径的关键。(2)需要更精确的技术分析的准确分布m6A epitranscriptomics从不同的生物体。以来的确切分子机制的选择mRNA的m6A网站目标和目标在很大程度上仍未知,应该努力的决心。(3)进一步识别m6A读者和反射极和描述的功能将帮助我们理解m6A-based epitranscriptomic广泛的生物学过程的调控。 (4) Given that the known m6A RNA demethylases ALKBH1 and FTO could catalyze demethylation of m6A in both RNA (mRNA and tRNA) and DNA, it is of importance to investigate if other major components in the m6A methylase complex machinery such as METLL3–METTL4 could function as m6dA writers for DNA modification as well. (5) It has been identified that there are 6-hmA and 6-fmA during demethylation of m6A in the RNA, but their functions remain to be elusive. (6) It is also of importance to test if mammalian TET family members could catalyze the demethylation of m6A and m6dA in both DNA and RNA modifications, although these members did not show the demethylation activity of m6A RNA in our lab. (7) METTL3 depletion delays leukemia progression in in vivo mice, shedding light on the potential of METTL3 as a therapeutic target for human AML [59]。因此,进一步探索治疗靶点参与m6A机械复合物可能非常有前途一些顽固的疾病,如癌症和神经系统疾病。这些广泛的研究可能推出更多确切的机制和在多个生物过程的监管角色。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。