YTHDC1_m-6A修饰...控与疾病发病机制的研究进展_韩韦钰.pdf

中国病理生理杂志 Chinese Journal of Pathophysiology 2023，39（2）：352-358杂志网址：http:/YTHDC1 m6A修饰调控与疾病发病机制的研究进展*韩韦钰，陈远兴，李超中，刘围围，赵永超，赵然尊（遵义医科大学附属医院心血管内科，贵州 遵义 563000）Recent progress in study of YTHDC1 m6A modification and regulation and pathological mechanism of diseasesHAN Weiyu，CHEN Yuanxing，LI Chaozhong，LIU Weiwei，ZHAO Yongchao，ZHAO Ranzun（Department of Cardiovascular Medicine，Affiliated Hospital of Zunyi Medical University，Zunyi 563000，China.E-mail：）ABSTRACT N6-methyladenosine（m6A）RNA modification is a key field in epigenetics，which is considered as a key regulator of gene expression and protein translation.In recent years，with the deep development of studies on methyltransferase and demethylase，more and more studies have found that methyl-binding protein plays an important role in the methylation modification of m6A RNA.The YT521-B homology（YTH）domain-containing protein 1（YTHDC1），as the only intranuclear RNA m6A methylated binding protein in the m6A modified YTH domain family of methyl-binding proteins，has a relatively unique role in selective splicing and nuclear export，as well as regulating RNA stability and degradation.Furthermore，it plays a very extensive and important role in regulating the occurrence and development of many diseases.This paper reviews the effects of YTHDC1 on the pathogenesis of diseases and the specific mechanisms，so as to further understand the importance of YTHDC1 in regulating the occurrence and development of the diseases.关键词 N6-甲基腺苷；甲基结合蛋白；表观遗传学KEY WORDS N6-methyladenosine；methyl-binding protein；epigenetics中图分类号 R394；R363 文献标志码 A doi：10.3969/j.issn.1000-4718.2023.02.018表观遗传学是指DNA序列不变的情况下，基于非基因序列改变所致的基因表达水平的变化1，如DNA甲基化2、RNA甲基化3、组蛋白修饰4、染色质构象变化5等。表观遗传学在真核生物中的变化主要是调控细胞增殖6-7、分化8、代谢3，9、周期循环10以及免疫调控11等生物学过程，这一过程中通过某些调控分子量的变化或发生结构修饰变化等，进而靶向调节下游靶基因的生物学效应。N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，m6A）是几乎所有真核生物mRNA中最丰富的细胞内修饰之一，由甲基转移酶和去甲基化酶动态调节S-腺苷甲硫氨酸的转移修饰，进而被甲基结合蛋白识别并调控生命活动过程。YT521-B同源结构域（YT521-B homology domain，YTH domain）家族的分子，含有识别m6A的复合体结构12，包括常见且重要的结合蛋白YTHDC1/2和YTHDF1/2/33，其中YTHDC1是m6A修饰中唯一一个定位于细胞核内的YTH家族甲基结合蛋白13，它通过影响 RNA 的核定位14、稳定性15、衰减16和剪接17等过程调控多种代谢反应，进而影响疾病的发生发展。近年研究表明，YTHDC1的许多修饰功能在调控疾病的发生发展中发挥着关键作用。本文重点阐述了YTHDC1通过剪接、出核、稳定性和降解等作用方式对疾病发生发展的调控作用及机制。文章编号 1000-4718（2023）02-0352-07 收稿日期 2022-07-25 修回日期 2022-10-31*基金项目 国家自然科学基金（地区科学基金）资助项目（No.81960066）；贵州省卫生健康委科学技术基金资助项目（No.gzwkj2021-103）；贵州省科技厅自然科学基金资助项目（黔科合基础-ZK 2022 一般671号）通讯作者 Tel：0851-28608096；E-mail： 综述 3521 YTHDC1 m6A修饰调控与疾病发病机制的研究1.1YTHDC1通过剪接机制调控疾病在人类基因组中，剪接贯穿生命活动的始终，剪接变异常与人类疾病的发生发展密切相关18。YTHDC1是一个广泛表达的核蛋白，参与定位于YT体的剪接位点19，与包括富含丝氨酸/精氨酸剪切因子 2（serine/arginine-rich splicing factor 2，SRSF2）在内的多种已知的剪接体蛋白共定位20。通常 DNA 转录产生不成熟的前体RNA，需经过一系列的酶切修饰最终成为成熟的mRNA，进而翻译为蛋白以参与人体一切生物学过程和生理功能。m6A修饰的YTHDC1通过募集和调节前体mRNA剪接因子进入靶向mRNA的结合区域而调节mRNA剪接17，在参与前体mRNA走向成熟的过程中发挥不可替代的作用。研究表明，YTHDC1以浓度依赖的方式调节转录本剪接位点的选择19。异常的 RNA 剪接产生的替代基因亚型可调控疾病的发生发展21，但这一过程是如何被激活、识别和发挥调控信号通路作用尚未可知。m6A 修饰直接干扰 RNA 与 RNA 结合蛋白之间的相互作用。一般 mRNA 分子的二级结构由于受m6A 修饰作用而影响剪接因子与靶基因序列的结合22，具有YTH结构域的蛋白质可结合m6A修饰的RNA并调控下游分子的表达。Li等23发现，肺癌中Aurora激酶A（Aurora kinase A，AURKA）的核移位是RNA异常剪接的先决条件24，特异性触发剪接因子RNA 结合基序 4（RNA-binding motif 4，RBM4）可产生从全亚型（RBM4 full isoform，RBM4-FL）到短亚型（RBM4 short isoform，RBM4-S）的剪接，RBM4-FL 通过抑制某些信号通路活性而发挥抗肿瘤作用，而RBM4-S 作用正相反，拮抗 RBM4-FL 作用而具有致癌性。在肺癌的发生发展过程中，细胞核AURKA的非经典激活促进m6A甲基结合蛋白YTHDC1介导的肿瘤抑制基因RBM4的剪切，破坏SRSF3与YTHDC1的结合，抑制 RBM4-FL 诱导的 m6A-YTHDC1-SRSF3信号通路激活，促进RBM4-S的致癌作用。同样地，作为致癌基因的异黏蛋白（metadherin，MTDH）亦是诱发肿瘤发生的重要分子25。研究表明，MTDH表达和胞质定位与疾病的低存活率相关；MTDH特异性定位于核斑点上26，与同定位于核内的 YTHDC1相互作用，在不同的剪接位点上进行剪接调控，调控位点包括乳腺癌易感性基因1（breast cancer susceptibility gene 1，BRCA1）、小鼠双微体基因 2（mouse double minute 2，MDM2）和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）27等肿瘤相关蛋白转录本，进而影响肿瘤的发展、术后疗效与疾病预后28。先前研究发现，人乳头瘤病毒16型（human papillomavirus type 16，HPV16）E6/E7 mRNA 是双结构，具有多个5端和3端剪接位点29-30，其剪接受多个作用于HPV16 mRNA的顺式调控元件和同源的细胞反式作用剪接因子调控31；近期研究表明，HPV16还可被剪接为 m6A 甲基化的环状 E6/E7 RNA。Cui等32发现，细胞核中的YTHDC1与HPV16 mRNA结合，过表达 YTHDC1 可抑制 HPV16 E6/E7 mRNA 的剪接，以牺牲E7 mRNA为代价保留E6编码内含子，促进HPV16的剪接成为成熟的mRNA。其他研究也发现在某些心脏疾病中YTHDC1通过剪接调节发挥重要作用。Gao等33发现，心脏特异性条件性敲减YTHDC1可导致小鼠左心室显著扩大和严重收缩功能障碍，并伴随心肌细胞收缩力下降和肌节排列紊乱，即发生扩张型心肌病；高通量测序发现YTHDC1通过对 m6A修饰的肌凝蛋白（titin）mRNA 的异常剪接，诱导心肌细胞收缩障碍。见表1。总之，YTHDC1通过介导mRNA发生可变剪接，参与靶分子结构变化、剪接因子突变、前体RNA成熟以及剪接后出核翻译等多种生物学过程，这种通过转录后修饰调控来影响相应的功能蛋白的表达变化，对疾病的发生发展发挥巨大的影响。1.2YTHDC1 通过出核机制调控疾病大多数mRNA输出是由多种蛋白质因子和前体mRNA修饰特异性控制的，如TAP-p15异二聚体44、核输出蛋白1（exportin 1，XPO1）45、适配器蛋白转录输出1（transcription-export-1，TREX-1）46、TREX-247以及富含丝氨酸/精氨酸蛋白等。研究表明，m6A甲基结合蛋白YTHDC1介导甲基化mRNA从细胞核输出到细胞质14，促进成熟 RNA进入翻译场所中，从而保证细胞生物过程的正常运行。YTHDC1缺失可导致细胞核内m6A mRNA的停留时间延长，使细胞核内转录物的聚集增多而细胞质内的转录物减少，进而转录本翻译为功能性蛋白质亦相应减少，导致生物体功能代谢紊乱。近期众多研究也发现参与m6A修饰的YTHDC1也涉及RNA的出核过程48，但这一过程的具体作用机制尚未完全清楚。新近研究发现，YTHDC1可能通过与富含丝氨酸/精氨酸蛋白（serine/arginine-rich protein，SR）相互作用调控mRNA的核输出过程14，49。Roundtree等14发现，HeLa细胞中 YTHDC1介导 m6A修饰的 mRNA从细胞核转移到细胞质中，其机制是YTHDC1与出核适配器蛋白SRSF3相互作用，促进核内mRNA与SRSF3和 RNA 出核受体 1（nuclear RNA export factor 1，NXF1）结合，从而介导其出核过程，YTHDC1的这一作用进一步拓展了转录本的化学修饰作用。尽管多项研究显示m6A修饰会对RNA稳定性和转录本翻353译产生负面影响，但 Kim等34发现 m6A修饰对乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）转录产生一个作为反 转 录 模 板 的 前 基 因 组 RNA（pregenomic RNA，pgRNA），在细