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北京基因组研究所合作研究揭示RNA甲基化调控斑马鱼母源mRNA稳定性机制

  

  斑马鱼母源-合子转换 (maternal-to-zygotic transition, MZT)过程伴随着母源RNA和蛋白质的降解以及合子基因组的激活(maternal-to-zygotic transition, ZGA)。已有研究表明多种关键因素通过母源和合子途径促进母源mRNA降解,其中包括合子转录的microRNA miR-430,次优密码子的使用,N6-甲基腺苷(m6A),尿苷化等,但母源mRNA的稳定性维持机制尚不清楚。5-甲基胞嘧啶(m5C)是一种广泛的mRNA修饰,杨运桂研究团队早期合作研究建立了RNA m5C测序技术,揭示了m5C修饰在mRNA的分布图谱规律及其通过细胞核内结合蛋白ALYREF调控mRNA出核作用机制(Yang et al. Cell Research 2017)。

  近期中国科学院北京基因组研究所杨运桂研究组,中国科学院动物研究所刘峰研究组和复旦大学麻锦彪研究组合作发现,m5C通过新结合蛋白Ybx1调控母源mRNA的稳定性,进而调控斑马鱼母源-合子转换及早期胚胎发育进程。相关研究成果在8月6日以RNA 5-methylcytosine facilitates maternal-to-zygotic transition through preventing maternal mRNA decay为题在线发表于Molecular Cell杂志。

  研究团队首次绘制了斑马鱼早期胚胎发育过程中RNA m5C甲基化图谱。测序分析发现,在母源-合子转换过程中,m5C修饰的母源mRNA比未修饰的mRNA更稳定。利用Oligo-pulldown结合质谱技术发现了斑马鱼中新的m5C结合蛋白Ybx1。进一步通过ITC、蛋白解构技术等发现了Ybx1倾向于通过其CSD结构域关键残基Trp45与m5C的π-π相互作用,识别m5C修饰的mRNA。功能实验表明,ybx1缺失导致早期胚胎发育阻滞在囊胚期和原肠期。通过免疫共沉淀、GST-pulldown技术和高通量测序技术,鉴定了poly(A)结合蛋白Pabpc1a为Ybx1的互作蛋白,发现pabpc1a缺失的胚胎表现出与ybx1缺失胚胎相似的表型且Ybx1靶向结合的mRNA的稳定性显著降低。最后,利用单基因报告系统证明Ybx1和Pabpc1a以m5C依赖的方式维持母源mRNA的稳定性并最终促进斑马鱼早期胚胎发育进程。

  该研究发现了m5C修饰通过其结合蛋白Ybx1招募Pabpc1a维持母源mRNA稳定性从而保证母源-合子转换有序进行的分子机制,为全面解析斑马鱼胚胎发育过程中mRNA命运调控及细胞分化提供了重要依据。这种转录后修饰在其他脊椎动物的发育过程中也可能发挥着重要作用。该研究得到了国家自然科学、中国科学院战略性先导科技专项以及国家重点研发计划等基金资助。

  论文链接 

在斑马鱼母源-合子转换过程中,m5C修饰对母源mRNA稳定性的动态调控作用