RNA 表观遗传学开创者打造「超级植物」,RNA 修



如果与人体肥胖相关的蛋白被用在植物上,会产生 " 更肥 " 的植物吗?就此,RNA 表观遗传学开创者进行了研究,并得出了肯定的答复。

RNA 表观遗传学作为一个新兴前沿领域,将对多个行业领域带来重大影响,近年来的研究也持续火热。早在 2016 年,制药行业已有公开言论,针对 RNA 修饰酶的研究将为癌症治疗提供新方法,RNA 修饰研究将成为 " 下一个前沿 "。

继英国研究团队在动物模型中首次验证具有体内活性的 METTL3 小分子抑制剂之后。7 月 22 日,由北京大学贾桂芳研究员、美国芝加哥大学何川教授、贵州大学宋宝安院士指导研究,基于 RNA 表观遗传学技术的首次应用成果论文发表于 Nature Biotechnology。

何川正是 RNA 表观遗传学概念的开创者,本次研究也是自 2010 年他在 Nature Chemical Biology 上首次提出 "RNA 表观遗传学 " 的概念以来,在农业生产领域实现的首次成功应用,是其研究成果的又一次创新。

RNA 表观遗传学开创者打造「超级植物」,RNA 修

(来源:Nature Biotechnology)

此次研究数据不仅表明了人源的 RNA 去甲基化酶 FTO 能够在多种不同类型植物(单子叶植物和双子叶植物)中过表达,从而实现作物增产;同时揭示了植物内存在以前未知的生长调控通路;此外,植物中试验成果也将与动物试验相互验证,促进相关基础科研和疾病治疗领域发展。

RNA 表观遗传学开创者打造「超级植物」,RNA 修

(来源:受访者提供)

何川早年毕业于中国科技大学,2000 年获麻省理工学院博士学位,2000 年到 2002 年在哈佛大学做博士后研究,2002 年至今任职芝加哥大学化学系教授,曾任芝加哥大学生物物理动态研究所主任,北京大学合成与功能生物分子中心主任。

在美国芝加哥大学继续进行 RNA 表观遗传学基础性研究的同时,何川还身兼领域内制药企业 Accent Therapeutics 的科学创始人和科学顾问。他表示,近年来有关表观遗传组学的研究进展惊人,在未来两年内将有多项用于疾病治疗的研究成果展示出来。

推动 RNA 修饰进入 " 可逆时代 "

" 过去几十年,针对 DNA、组蛋白的表观遗传学研究十分火热。但是人们对于 RNA 修饰却知之甚少。" 在谈及为什么研究表观遗传学时,何川表示:" 最初只是想开创一个自己的小领域,做一些新的工作。人类基因组中只有一小部分序列能够编码蛋白,而人体中各个细胞和组织的多样性和复杂性是由基因表达调控来实现的,基因调控至关重要。"

2011 年,何川团队的工作刷新了人类对于基因表达的认知:时任博士后的贾桂芳发现了首个去除 RNA 上 N6 - 腺苷酸甲基化修饰 ( m6A ) 的蛋白酶 FTO,说明 RNA 的甲基化具有可逆性。

RNA 表观遗传学开创者打造「超级植物」,RNA 修

(来源:Nature)

在分子生物学中心法则中,遗传信息是从 DNA 传递到 mRNA,进而传递到蛋白质中。因此,mRNA 在很多人眼里只不过是一个 " 传递者 ",将细胞核中编码的遗传信息送往细胞质中的蛋白质工厂。这也是此前很少有研究者关注 mRNA 修饰的原因之一。

而发生在 RNA 上的动态可逆修饰过程足以表明,基于 RNA 层面上的修饰也参与调控基因表达。自此,"RNA 表观遗传学 " 成长为生物界中一个全新的领域。

2020 年 1 月,何川及其合作团队在顶级国际期刊 Science 上首次揭示了关于 RNA 的 m6A 甲基化修饰调控染色质状态和转录活性的重要机制。以往人们认为 RNA 修饰的调控发生在转录过程后,而现阶段研究表明 RNA 甲基化已经参与到转录调控中来。

m6A 是发生在碱基 A 第六位 N 原子上的甲基化形式,作为真核生物 RNA 最常见的一种 mRNA 修饰,在各个物种都可以观察到这种 mRNA 修饰。

图丨 m6A RNA 可逆修饰过程(来源:Nature)

这刷新了人们对 m6A 功能的认识:各种前期研究表明,m6A 在细胞分化、组织发育和肿瘤生成与转移中起着重要的作用,这为相关疾病治疗提供了新的靶标。

不止于农作物增产

人体中的 FTO 最初被发现与发育,脂肪增加、肥胖等显著相关,通过 FTO 将 m6A 修饰进行去甲基化,将对细胞生长及分化产生显著影响。而各项早期的研究结论也指明了植物当中的 m6A 修饰同样影响其生长和生理过程,因此研究人员推测,通过引入 m6A 去甲基化酶调控植物 m6A 水平,可能提供一种影响植物生长的新方法。

在这一方面,曾为何川实验室博士后、现于北京大学任职 PI 的贾桂芳已经在各类植物中做了相当多的工作。




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