人类大脑异构体水平m6A表观转录组图谱揭示区域特异性修饰模式

研究团队通过牛津纳米孔直接RNA测序技术（DRS），首次构建了人脑前额叶皮层、尾状核和小脑三个脑区的异构体水平m6A修饰图谱，鉴定出57,000个高置信位点，揭示了m6A修饰的异构体特异性和脑区特异性分布规律，为理解神经发育和疾病提供了新视角。

　　

研究背景

RNA修饰N⁶-甲基腺苷（m⁶A）是哺乳动物大脑中最丰富的转录后修饰，参与神经发育、突触可塑性及记忆形成等关键过程。然而，传统短读长测序技术无法精确定位m⁶A在RNA异构体上的分布，且缺乏对脑区特异性修饰模式的系统性研究。这一空白限制了人们对m⁶A在神经疾病中调控机制的理解。

研究设计与技术方法

研究人员采用牛津纳米孔直接RNA测序（DRS）技术，对10例无神经系统疾病的死后人脑样本（前额叶皮层、尾状核、小脑各3-4例）进行测序，结合m6anet和xPore算法分析m⁶A位点，并整合异构体表达、poly(A)尾长等多组学数据。

研究结果

1. 长读长DRS揭示脑区特异性转录模式

通过异构体差异表达分析发现，小脑（CB）具有最独特的表达谱，而前额叶皮层（PFC）特异性异构体富集于兴奋性神经元。

2. 异构体水平m⁶A图谱

鉴定出57,144个高置信m⁶A位点，其中45%在至少3个样本中可重复。小脑修饰水平最高，与m⁶A写入酶（如METTL3）的高表达相关。

3. 未注释位点与脑区特异性修饰

PFC中26%的m⁶A位点为首次发现，且富集于突触相关基因。超修饰异构体（如lncRNA TUG1含37个位点）在兴奋性神经元中普遍存在。

4. 异构体结构驱动修饰差异

同一基因的不同异构体间，m⁶A修饰率差异与下游外显子边界距离显著相关（rho=0.17, P<0.0001）。

5. 脑区间差异修饰机制

UPF1等RNA结合蛋白在差异修饰位点中富集，提示m⁶A与RNA降解通路的关联。

6. poly(A)尾长调控

尾状核（CN）的poly(A)尾显著短于其他脑区（P<0.0001），且与异构体长度和3'UTR结构相关。

结论与意义

该研究首次绘制了人脑异构体分辨率m⁶A动态图谱，揭示脑区特异性修饰受异构体结构、细胞类型和RNA结合蛋白共同调控。PFC独特的未注释位点暗示其未被充分探索的调控复杂性，而超修饰异构体与兴奋性神经元的关联为突触功能研究提供了新靶点。发表于《Science Advances》的成果为神经退行性疾病和精神病学的表观转录组研究奠定了框架。