Cell重大成果:改写教科书的遗传学新发现

【字体: 时间:2012年05月21日 来源:生物通

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  来自康奈尔大学维尔医学院的研究人员获得的一个遗传学新发现将再次迫使我们重写教科书。然而,这一次的研究发现与RNA相关。RNA像DNA一样携带着关于我们的基因以及它们如何表达的信息。研究人员发现了一种新的RNA碱基修饰,他们认为这将彻底改变我们对于基因表达的理解。

  

生物通报道  在过去的十年里,表观遗传学领域的研究揭示了化学修饰碱基是人类基因组的丰富组件,使得我们放弃了在高中学习的DNA由4个碱基组成的遗传学概念。

现在来自康奈尔大学维尔医学院的研究人员获得的一个遗传学新发现将再次迫使我们重写教科书。然而,这一次的研究发现与RNA相关。RNA像DNA一样携带着关于我们的基因以及它们如何表达的信息。研究人员发现了一种新的RNA碱基修饰,他们认为这将彻底改变我们对于基因表达的理解。

这一发布在5月17日《细胞》(Cell)杂志上的研究报告表明长期被视作是生成蛋白质的简单蓝图的信使RNA(mRNA),它的一个碱基腺嘌呤上往往会被添加一个甲基(methyl group)而发生化学修饰。过去mRNA被认为只包含4个碱基,新研究表明第5个碱基——N6-甲基腺苷(m6A)遍布转录组。研究人员发现高达20%的人类mRNA常规发生了甲基化。超过5000种不同的mRNA分子包含m6A,这意味着这种修饰有可能广泛的影响了基因的表达模式。

文章的资深研究员、康奈尔大学维尔医学院药理学副教授amie R. Jaffrey博士说:“这一新发现改写了mRNA组成的基本概念,50年来没有人想到mRNA包含了可以调控功能的内部修饰。”

Jaffrey 说:“我们知道DNA和蛋白通常受到化学转换修饰,在健康和疾病状态下对于它们的功能产生了深远的影响。然而一直以来生物学家们都认为mRNA只是DNA和蛋白质之间的一个中间物。现在我们知道mRNA要复杂得多,RNA甲基化缺陷可能导致疾病发生。”

事实上,作为研究的一部分,研究人员证实肥胖风险基因FTO编码了一种能够逆转这种修饰的酶,可将mRNA中的m6A残基转换为普通的腺苷。携带FTO突变的人会拥有过度活性的FTO酶,导致m6A低水平,并引起食物摄入和代谢异常导致肥胖。

研究人员同样还揭示了m6A与其他疾病的联系。

“我们发现m6A存在于与人类疾病相关的基因编码的大量mRNAs中,包括癌症和几种脑疾病例如自闭症、阿尔茨海默氏症和精神分裂症,”首席研究员、Jaffrey实验室博士后Kate Meyer说。

“RNA甲基化是一种可逆的修饰,似乎是各种各样生物信号通路和生理过程的一个中心环节,”Meyer说。

Jaffrey博士说第一次在mRNA中检测到m6A是在1975年,但当时科学家们不能确定这一发现是否是受到其他RNA分子污染的结果。超过90%的RNA或是转运RNA (tRNA)或是核糖体RNA (rRNA),这些细胞的主力通常会受到修饰。

然而Jaffrey博士说他一直对于mRNA可能会被修饰这一想法感兴趣。“DNA、蛋白质和其他形式RNA会被修饰,mRNA为什么不会?”他说。因此他和他实验室的研究人员开发出一种技术帮助揭示了取自小鼠和人类样本的mRNA的甲基化作用。

下接:Cell:新RNA修饰影响成千上万的基因

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Comprehensive Analysis of mRNA Methylation Reveals Enrichment in 3 UTRs and near Stop Codons

Methylation of the N6 position of adenosine (m6A) is a posttranscriptional modification of RNA with poorly understood prevalence and physiological relevance. The recent discovery that FTO, an obesity risk gene, encodes an m6A demethylase implicates m6A as an important regulator of physiological processes. Here, we present a method for transcriptome-wide m6A localization, which combines m6A-specific methylated RNA immunoprecipitation with next-generation sequencing (MeRIP-Seq). We use this method to identify mRNAs of 7,676 mammalian genes that contain m6A, indicating that m6A is a common base modification of mRNA. The m6A modification exhibits tissue-specific regulation and is markedly increased throughout brain development. We find that m6A sites are enriched near stop codons and in 3 UTRs, and we uncover an association between m6A residues and microRNA-binding sites within 3 UTRs. These findings provide a resource for identifying transcripts that are substrates for adenosine methylation and reveal insights into the epigenetic regulation of the mammalian transcriptome.

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