揭示了m6ARNA修飾的新的進化意義

　　無義介導的RNA降解（Nonsense-mediated decay, NMD）是真核生物一種重要的mRNA質量控制方式，細胞通過檢驗終止密碼子與最后一個剪接接頭的距離是否超過55nt來判斷該終止密碼子是否為提前終止密碼子（Premature Termination Codon, PTC）從而決定是否降解該RNA。因此經典的NMD通路是一種RNA剪接依賴的機制。假基因是一種失去了蛋白編碼能力或者表達能力的基因，通常由基因重復產生，基因組上的DNA重復可以形成非加工型假基因，而逆轉錄形成的基因重復會形成加工型假基因。假基因容易形成截短的蛋白產生細胞毒性，因此假基因的活性通常受到抑制。由于假基因通常含有PTC，因此大量的非加工型假基因可以通過NMD的方式降解。然而，加工型假基因由于缺少內含子而不能通過NMD的機制降解，那么加工型的假基因是否進化出其他的方式來進行降解并不清楚。

　　近日，中山大學王金凱教授課題組在Genome Biology雜志發表論文Positive natural selection of N6methyladenosine on the RNAs of processed pseudogenes，揭示加工型假基因在進化過程中在達爾文正向選擇的驅動下快速積累產生m6A motif 的突變，從而造成加工型假基因的m⁶A水平顯著高于同源的蛋白編碼基因，進化出利用m6A降解加工型假基因的方式。這些進化出的m6A位點對于降解加工型假基因防止其通過ceRNA的機制干擾同源蛋白編碼基因的表達調控網絡發揮了重要作用。

　　研究人員首先通過m⁶A定量技術m⁶A-LAIC-seq的數據在人的GM12878和H1細胞中發現假基因尤其是加工型假基因的m⁶A假基因的程度顯著高于同源的蛋白編碼基因，同時m⁶A-seq揭示假基因的m⁶A位點數目也顯著高于同源的蛋白編碼基因，提示假基因在進化過程中產生了更多的m⁶A位點。進一步的分析發現，在靈長類的進化過程中，與反義鏈相比，正義鏈更容易產生新的m⁶A motif。被修飾的m⁶A motif 大多進化上比較年輕，即人特異的m⁶A motif要多于人和黑猩猩共有的motif，而人、黑猩猩、大猩猩、黃猩猩、小猿和獼猴都共有的m⁶A motif最少；然而沒有被修飾的m⁶A motif 卻呈現出完全相反的模式，即進化上越保守的motif占比越多，而人特異性的motif占比最少，說明這些被修飾的motif是在進化過程中加速形成的。此外，越古老的m⁶A 位點，在人的細胞中通過m⁶A-seq計算的m6A peak的強度也越高，說明除了位點的增多，相同位點的m⁶A程度也在不斷提高。

　　研究人員進一步通過細胞核質分離的RNA-seq數據發現，高m⁶A甲基化的加工型假基因相比低甲基化的加工型假基因有更高的核質比，更低的整體表達和細胞質表達。這一現象在敲低m6A甲基轉移酶METTL3后的細胞中不能觀察到，非加工型的假基因也不具有這樣的現象。說明加工型假基因通過m⁶A促進了其在細胞質中的降解。為了揭示加工型假基因導致胞質降解的意義，研究人員通過千人基因組計劃歐洲人群淋巴母細胞系的RNA-seq數據分析發現，m⁶A高甲基化的加工型假基因在群體中與同源的蛋白編碼基因有更低的相關性，提示m6A破壞了假基因和真基因的調控關系，通常假基因能夠通過ceRNA的機制吸附調控同源蛋白編碼基因的miRNA，從而能夠正調控其同源基因。為了證明這種假說，研究人員用實驗的方法對DSTNP2和NAP1L4P1這兩個加工型假基因進行驗證。結果發現，這兩個假基因的m⁶A不僅促進了假基因本身的降解，也促進了其同源的蛋白編碼基因的降解并導致其蛋白的表達水平降低。而DSTNP2的m⁶A對其蛋白編碼基因DSTN的調控作用依賴于miRNA miR-362-5p,其調控DSTN是通過降解DSTNP2從而造成miR-362-5p不能被有效吸附并更多地作用于DSTN從而導致更多的DSTN被miR-362-5p降解。這項工作揭示了m⁶A RNA修飾的新的進化意義，即通過降解加工型假基因來緩解加工型假基因對同源蛋白編碼基因表達調控網絡的干擾。

　　論文的通訊作者王金凱是中山大學中山醫學院的教授，該論文的第一作者為王金凱教授課題組的兩名博士研究生譚利強博士和程維晟博士。