贾桂芳课题组报道植物m6A结合蛋白在聚腺苷酸化过程中的调控功能

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近日，北京大学化学与分子工程学院贾桂芳课题组在 《Molecular Plant》 上在线发表了题为 “Arabidopsis N6-methyladenosine reader CPSF30-L recognizes FUE signal to control polyadenylation site choice in liquid-like nuclear body” 的研究论文。该研究鉴定了CPSF30-L为植物拟南芥中的一个全新m6A结合蛋白，揭示了CPSF30-L依赖m6A识别促进相变过程，以及调控选择性多聚腺苷酸化的分子机制。
        m6A是mRNA上丰度最高的化学修饰，普遍存在于动物、植物、真菌以及RNA病毒之中。m6A可以分别在甲基转移酶复合物和去甲基酶的作用下被可逆地添加和去除，并由m6A结合蛋白识别并影响RNA代谢的各个方面。尽管m6A相关蛋白在哺乳动物中已经被充分地鉴定及表征，但m6A在植物生长发育中以及RNA代谢中的调控功能研究仍十分有限。

图一. CPSF30-L 调控聚腺苷酸化的分子机制图

        贾桂芳课题组致力于研究m6A在植物体中影响生长发育以及刺激响应的分子机制，在此前的研究中，该课题组绘制了植物拟南芥和玉米的RNA修饰m6A全转录图谱（Nature Communications, 2014, 5, 5630；Plant Physiology, 2020, 182, 332），鉴定了植物拟南芥中m6A去修饰酶ALKBH10B和第一个m6A结合蛋白ECT2的生物功 能（Plant Cell, 2018, 30, 968；Plant Cell, 2017, 29, 2995），推动了植物中表观转录组学的研究。不同的m6A识别蛋白在mRNA的代谢过程中发挥着不同的调控功能， m6A结合结构域YTH在拟南芥中有13种同源蛋白之多，然而对于拟南芥中YTH结合家族蛋白的研究以及调控机制相对较少。
        该研究鉴定出拟南芥中CPSF30-L为m6A的结合蛋白，并且发现CPSF30-L可以通过m6A的结合能力影响拟南芥的开花以及ABA响应。亚细胞定位以及FRAP实验表明CPSF30-L蛋白分布于细胞核中并发生液液相分离形成核体结构，并且CPSF30-L的m6A结合功能可以促进相分离的核体形成。
        利用该课题组之前开发的甲醛交联-免疫共沉淀技术，在全转录组水平上鉴定了CPSF30-L-RNA相互作用位点，揭示了CPSF30-L主要结合mRNA的3'非翻译区 (3'UTR),并且倾向于结合保守m6A基序以及聚腺苷酸化信号—UGUA、GAAMH、AAUAAA，暗示CPSF30-L通过识别m6A修饰的聚腺苷酸化信号调控pre-mRNA 3'末端的加工过程。随后，对野生型和CPSF30-L的T-DNA插入突变体cpsf30-l进行poly(A)位点测序分析，发现CPSF30-L的破坏会整体影响poly（A）位点的选择，进一步的分析证实，CPSF30-L通过识别 m6A修饰的FUE聚腺苷酸化信号进而精密控制poly（A）位点的选择。
         与拟南芥开花以及ABA响应的三个基因SOC1, RPN10及FYVE1的转录本可以被m6A修饰且被CPSF30-L结合。相对于野生型而言，在cpsf30-l中，SOC1, RPN10及FYVE1的pre-mRNA在3’UTR加工过程中更倾向于远端poly(A)位点，导致3’UTR加长易被降解，相应mRNA表达量下降，继而导致cpsf30-l突变体中呈现出晚花以及ABA响应敏感的表型（图一）。这项研究发现了植物中m6A的全新功能—调控植物pre-mRNA聚腺苷酸化和植物相分离的分子机制。
         北京大学化学与分子工程学院贾桂芳研究员为该论文的通讯作者，2017级博士研究生生宋培哲，博士后杨军波为该论文的共同第一作者，该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、北京大学及北京分子科学国家研究中心的资助。
        文章链接: https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1674205221000149


        文章来源：北京大学
       贾桂芳，北京大学合成与功能分子生物中心副研究员，研究领域与兴趣 ：利用化学与生物学交叉学科的优势，采用化学生物学、结构生物学、细胞生物学、分子生物学、基因组学及有机合成等研究手段，对与核酸相关的最前沿与热点领域RNA表观遗传学方面展开研究，具体研究方向如下：1.研究信使RNA的最主要修饰碱基N6-甲基腺嘌呤对信使RNA的基因表达、剪切、转译等调控功能；2.研究RNA去甲基修饰蛋白酶的对RNA的调控功能和致病机理；3.研究N6-甲基腺嘌呤在植物中的功能与机理；4.利用化学二硫键交联技术对去甲基修饰蛋白酶与核酸复合物的结构解析和功能机理研究。