2024年8月21日，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院潘光錦課題組在Nature Communications上發(fā)表了題為“METTL3/METTL14maintain human nucleoli integrity by mediatingSUV39H1/H2 degradation”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了RNA甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物METTL3/METTL14維持人胚胎干細(xì)胞中核仁相分離及功能完整性的新功能。
核仁是rRNA合成和核糖體亞基裝配的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，決定細(xì)胞蛋白的合成及細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。目前研究表明，核仁主要通過(guò)多種生物大分子的液-液相分離（liquid-liquid phase separation，LLPS）方式維持正常多層級(jí)結(jié)構(gòu)和功能。然而，核仁的正常液-液相分離及功能完整性是如何維持的尚不清楚。
METTL3/METTL14是已經(jīng)被證明的經(jīng)典甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物（MTC），通過(guò)催化mRNA上的N6-腺苷甲基化（m6A）參與多種RNA代謝過(guò)程，包括RNA穩(wěn)定性、剪切、轉(zhuǎn)運(yùn)和翻譯等過(guò)程，進(jìn)而調(diào)控多種生物學(xué)過(guò)程和疾病發(fā)生。
此項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)在人胚胎干細(xì)胞中敲除METTL3或METTL14后，并沒(méi)有導(dǎo)致傳統(tǒng)認(rèn)為的mRNA變化，而是引起核仁結(jié)構(gòu)和功能的劇烈異常，包括核仁變小、數(shù)目異常增多、rRNA合成減少、核糖體裝配障礙、核仁功能異常導(dǎo)致的核仁應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞生長(zhǎng)停滯等。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，缺失METTL3或METTL14后，徹底破壞了核仁的液-液相分離，從而核仁不能形成完整且規(guī)則的由多種大分子相分離形成的正常多層級(jí)聚集體結(jié)構(gòu)。隨后，研究發(fā)現(xiàn)在METTL3/METTL14缺陷的細(xì)胞中，H3K9me3甲基轉(zhuǎn)移酶SUV39H1/H2蛋白顯著升高，導(dǎo)致H3K9me3在整個(gè)核仁中積累和浸潤(rùn)，并損害LLPS。從機(jī)制上說(shuō)，METTL3/METTL14復(fù)合物作為CRL4 E3泛素連接酶的必要接頭，靶向SUV39H1/H2并促進(jìn)其多泛素化和蛋白酶體降解，從而阻止H3K9me3在核仁中的積累，并維持其正常的LLPS和結(jié)構(gòu)。
科研人員這些新的發(fā)現(xiàn)揭示METTL3/METTL14雖然作為經(jīng)典的mRNA修飾酶，但在維持核仁的相分離和功能方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。該發(fā)現(xiàn)不僅揭示了METTL3/METTL14維持細(xì)胞功能的一個(gè)從未報(bào)道的機(jī)制和作用，而且也有助于體現(xiàn)核仁這樣一個(gè)無(wú)膜亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)如何維持其正常結(jié)構(gòu)和功能。
潘光錦研究員和單永禮副研究員為論文的共同通訊作者，單永禮副研究員、張燕琪博士后、衛(wèi)焱星博士為論文的共同第一作者。該研究工作得到了科技部、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、廣東省及廣州市科技計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
METTL3/METTL14維持人胚胎干細(xì)胞中核仁完整性的模式圖
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