Cell Discov | 华中农业大学殷平等团队揭示m6A书写复合物保持其RNA甲基化活性的潜在机理

N6 -甲基腺苷(m6 A)是真核生物mRNA中普遍存在的表观遗传修饰，在多种生理过程中调控基因表达起着至关重要的作用。

2023年10月3日，华中农业大学殷平及北京大学唐淳共同通讯在Cell Discovery（IF=34）在线发表题为“WTAP-VIRMA counteracts dsDNA binding of the m6A writer METTL3-METTL14 complex and maintains N6-adenosine methylation activity”的研究论文，该研究表明WTAP-VIRMA抵消dsDNA与m6 A书写者METTL3-METTL14复合物的结合，并维持N6 -腺苷甲基化活性。

该研究发现METTL3-METTL14复合物具有混杂的DNA结合活性，这破坏了其RNA甲基化的能力。此外，WTAP-VIRMA可以抵消METTL3-METTL14与双链DNA (dsDNA)的结合，从而维持其RNA甲基化活性。

m6A通过一个多组分甲基转移酶复合物(MTC)安装在哺乳动物mRNA上，该复合物包括一个催化亚基(包括METTL3和METTL14)和一个调节亚基(包括WTAP、VIRMA、HAKAI、ZC3H13和RBM15/15B)。在催化亚基中，METTL3和METTL14形成稳定的异源二聚体，催化m6A加入到优选的一致RNA基序RRACH (R =A/G，H =A/C/U)。WTAP和VIRMA相互作用，介导METTL3-METTL14的定位。WTAP或VIRMA的敲低会对总mRNA m6A水平产生实质性影响。结构和生化研究表明，形成了一种称为M3-M14-W-V的四元配合物，其甲基化活性明显高于METTL3-METTL14二元配合物。尽管取得了这些进展，但WTAP-VIRMA如何调节甲基化活性在很大程度上仍然未知。

首先通过电泳迁移位移法(EMSA)研究了METTL3-METTL14复合物与含有GGACU修饰序列(ssRNAGGACU)的27-nt单链RNA (ssRNA)的结合特异性。该研究发现METTL3-METTL14可以在没有非特异性竞争对手或肝素存在的情况下有效地与ssRNAGGACU结合，而当鲑鱼精子DNA存在时，这种结合没有被观察到。EMSA结果显示，METTL3-METTL14可以结合包含修饰序列的4个寡核苷酸(ssRNAGGACU、ssDNAGGACT、dsRNAGGACU和dsDNAGGACT)。有趣的是，将修饰序列替换为“UUUUU”或“TTTTT”并没有明显影响它们与METTL3-METTL14的结合。此外，METTL3-METTL14可以结合随机的ssRNA/DNA探针。然而，METTL3-METTL14仅在带有修饰序列的ssRNA/DNA上显示甲基化活性，这与先前的发现一致。综上所述，这些结果表明，无论是否存在一致的修饰序列，METTL3-METTL14可能对ssRNA/DNA和dsRNA/DNA表现出混杂结合能力。

接下来，作者研究了METTL3-METTL14是否与核小体(染色质的基本重复亚基)相互作用。METTL3-METTL14与重组的核小体以及单独的147-bp的Widom 601 DNA显示直接相互作用。此外，作者发现METTL3-METTL14与DNA的结合随着DNA长度的减少而减少，没有观察到与10-bp dsDNA的结合。同样，METTL3-METTL14对dsDNA没有催化活性。这些数据表明METTL3-METTL14可以在一定长度阈值以上与dsDNA结合。

WTAP-VIRMA在M3-M14-W-V复合体中的调节作用（图源自Cell Discovery ）

据报道，WTAP和VIRMA是MTC中两个重要的调节蛋白，可能通过募集METTL3-METTL14靶向RNAs来影响体内mRNA m6 A的沉积。当dsDNA50存在时，检测了M3-M14-W-V的甲基转移酶活性。有趣的是，观察到dsDNA50对M3-M14-W-V的甲基转移酶活性没有明显的抑制作用。此外，M3-M14-W-V在ssRNAGGACU上的甲基转移酶活性显著高于METTL3-METTL14。将WTAP-VIRMA加入到含有METTL3-METTL14、ssRNAGGACU和dsDNA50的甲基化反应中，观察到METTL3-METTL14的甲基转移酶活性呈剂量依赖性增加。这些结果表明，WTAP-VIRMA在MTC中发挥了重要的调控作用，限制了METTL3-METTL14与dsDNA和不同类型RNA的结合，从而维持了METTL3-METTL14的甲基转移酶活性。

综上所述，该研究发现了一种新的机制，WTAP-VIRMA通过限制METTL14 RGG基序的混杂dsDNA结合能力来调节METTL3-METTL14的甲基转移酶活性，从而维持RNA甲基化。具体来说，当RGG基序存在时，METTL3-METTL14可以结合RNA和dsDNA。然而，dsDNA的存在大大降低了METTL3-METTL14的RNA甲基转移酶活性。WTAP-VIRMA作为调控亚基，直接与RGG基序相互作用，阻止dsDNA的结合，从而维持METTL3-METTL14的RNA甲基化活性。最近的研究表明，METTL3和METTL14与染色质结合，并在活性基因转录起始位点执行m6 A依赖或不依赖的调控功能。WTAP-VIRMA调控METTL3-METTL14的募集可能影响m6 A依赖性和非依赖性功能事件的发生。该研究为进一步研究m6 A书写复合物的多种功能提供了一个调控框架。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41421-023-00604-5

转自：“iNature”微信公众号

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