北大学者Nature子刊首次报道一种新转录后修饰

　　

2016年2月10日，北京大学生命科学学院伊成器研究组在《Nature Chemical Biology》杂志在线发表题为“Transcriptome-wide mapping reveals reversible and dynamic N1-methyladenosine methylome”的研究论文（DOI: 10.1038/NCHEMBIO.2040）。文章首次报道了人类mRNA中一种新型的转录后修饰，即1-甲基腺嘌呤（N1-methyladenosine，m1A）；并开发了测序新技术“m1A-ID-seq”，实现了全转录组水平上m1A这一可逆RNA修饰的谱图鉴定。同一天，来自美国芝加哥大学何川教授和以色列Gideon Rechavi教授的合作研究在《Nature》杂志同时报道了真核细胞中m1A修饰的谱图，并进一步发现m1A修饰能够促进蛋白质的翻译过程（Nature， doi:10.1038/nature16998）。这些发现扩展了mRNA中的修饰种类，为“RNA表观遗传学”领域提供了崭新的研究方向。

m1A-ID-seq绘制人全转录组m1A RNA修饰谱图
（a）m1A-ID-seq流程图；（b）HEK293T细胞系全转录组水平m1A修饰分布呈现出5‘UTR特异性；（c）ALKBH3是mRNA上m1A的去甲基化酶。

转录后修饰对生命体至关重要。m1A RNA修饰广泛存在于各种非编码RNA中；然而，信使RNA（messenger RNA，mRNA）上是否存在m1A并不清楚。为了研究人细胞转录组中的m1A修饰，伊成器课题组首先利用高分辨质谱对mRNA中的m1A修饰进行定量，发现其广泛存在于各种细胞系中。该研究继而通过化学生物学、高通量测序等手段，发展了“m1A-ID-seq” ——一种结合抗体富集和特异性酶促反应的m1A测序新技术。利用这一技术，该研究成功实现了人细胞系全转录组水平的高分辨率m1A检测，鉴定出901个含有m1A修饰的转录本，并且发现m1A呈现强烈的5’非转录区分布特异性。这一分布规律与m6A（真核细胞mRNA中最广泛的甲基化修饰）截然不同，后者主要集中在mRNA的最后一个外显子上，并且对mRNA的翻译、定位、稳定性等多个过程进行调控。该研究进一步鉴定了m1A修饰的一个去甲基化酶ALKBH3，并发现了转录组中ALKBH3的近千个作用位点。因此，该研究不但揭示了m1A的广泛存在、绘制了转录组中m1A RNA修饰的谱图，也为m1A修饰参与基因表达调控的研究提供了重要工具。

北京大学生科院博士生李笑雨（PTN-BBS联合培养项目）、生命中心博士生熊旭深是这篇论文的并列第一作者，生命科学学院伊成器研究员是该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、科技部973计划和北大清华生命科学联合中心的资助。

原文摘要：

Transcriptome-wide mapping reveals reversible and dynamic N1-methyladenosine methylome

N1-Methyladenosine (m1A) is a prevalent post-transcriptional RNA modification, yet little is known about its abundance, topology and dynamics in mRNA. Here, we show that m1A is prevalent in Homo sapiens mRNA, which shows an m1A/A ratio of ~0.02%. We develop the m1A-ID-seq technique, based on m1A immunoprecipitation and the inherent ability of m1A to stall reverse transcription, as a means for transcriptome-wide m1A profiling. m1A-ID-seq identifies 901 m1A peaks (from 600 genes) in mRNA and noncoding RNA and reveals a prominent feature, enrichment in the 5′ untranslated region of mRNA transcripts, that is distinct from the pattern for N6-methyladenosine, the most abundant internal mammalian mRNA modification. Moreover, m1A in mRNA is reversible by ALKBH3, a known DNA/RNA demethylase. Lastly, we show that m1A methylation responds dynamically to stimuli, and we identify hundreds of stress-induced m1A sites. Collectively, our approaches allow comprehensive analysis of m1A modification and provide tools for functional studies of potential epigenetic regulation via the reversible and dynamic m1A methylation.