Nature | m6A RNA甲基化識別蛋白YTHDF1參與記憶的形成

目前來說，調控m6A修飾過程的閱讀蛋白共有9種功能，今天不會大家一一來講，而是主要講參與蛋白編碼過程的YTHDF1蛋白，它主要通過與mRNA的m6A位點結合，在腦神經發育[1]，多巴胺分泌[2]和突觸形成[3]等過程中起重要作用。

文章導讀：

2018年10月31日，美國芝加哥大學何川團隊，上海科技大學周濤團隊與賓夕法尼亞大學宋紅軍團隊聯合在Nature期刊發表論文，首次指出m6A 修飾對小鼠學習及記憶能力的影響，今天小編將詳細對本文進行解析，同時總結一下近年來何川教授針對閱讀蛋白研究的文章。

• 樣本：野生型小鼠，YTDHF1敲除模型小鼠

• 技術手段：m6A RNA 甲基化測序，mRNA 測序，CLIP測序和小鼠認知相關功能實驗等

• 時間點：初次刺激期，LTP期（刺激反應晚期）和二次刺激期

本文研究了YTHDF1敲除及野生型小鼠海馬體神經受到初次刺激，LTP期和二次刺激后神經的表型反應，相關蛋白生成量及前后等電位點閾值的變化情況。

受到初次刺激時，兩組小鼠對于刺激的表型反應差距不大；LTP期，YTHDF1敲除小鼠由于缺乏YTDHF1蛋白從而抑制了LTP相關蛋白的合成，導致在受到后續刺激時，等電位點變化達不到閾值影響記憶形成的能力。

1. YTDHF1敲除小鼠對空間記憶能力和外界刺激的敏感度差

前期實驗已證實YTDHF1在小鼠海馬體中高表達[4]，于是作者通過CRISPR-Cas9技術構建了YTDHF1敲除的模型小鼠（圖1a），命名為YTDHF1-KO小鼠。與野生型小鼠相比，KO組小鼠在四周歲前，海馬體的組織形態（圖1b），透明水迷宮訓練結果（圖1c）與正常小鼠一致。而在不視水迷宮訓練（圖1d），探頭實驗（圖1e）和對于外界刺激（圖1f，g，h）的敏感度都要長于對照，說明敲除YTDHF1蛋白對空間記憶和外界刺激能力的反應起重要作用。 

2. YTDHF1及相關蛋白參與學習和記憶關鍵的LTP期

作者接著從生理水平觀測敲降組小鼠腦的變化。敲降組突觸電流振幅和頻率比對照組低（圖2 a，b），且形態比對照組小（圖2 c，d）。在受到外界刺激時，神經間突觸后電位閾值的變化量低于對照組（圖2 e，f）。同時，此過程可能與5個與LTP期關鍵的突觸后密度相關的蛋白相關（圖2 g，h），YTDHF1回補實驗顯示上述表型又得到了回復。

3. YTHDF1 CLIP測序揭示m6A peak與突觸傳導和LTP期相關

為了從分子角度進一步解析YTHDF1的作用機制，作者運用YTHDF1-CLIP測序技術，檢測了小鼠海馬體中（n=3，4只小鼠混為一個樣本）YTHDF1 mRNA上所有的結合位點和m6A 位點。通過對三個樣本的m6A peak峰取交集，在1,042個轉錄本上共找到了3,552個peak峰（圖4a左）。1,502個peak與基因組3’UTR區匹配（圖4 a右）；67%的peak與轉錄本匹配，并在3’UTR區富集（圖4 b）。對上述peaks相關的轉錄本進行GO和KEGG注釋后，發現其與突觸傳導和LTP期有關，這也與之前的實驗結果不謀而合。

 4. m6A CLIP測序與YTHDF1 CLIP測序聯合分析篩選到可能與YTHDF1結合的m6A位點

接著,作者對同類型樣本進行了m6A CLIP測序，對三個樣本分別進行motif分析后，發現三者共有將近有11,000個序列為GGACU的peaks（圖5 c）。將peak分別于轉錄本和基因組比對后，發現與YTHDF1 CLIP的結果十分類似(圖5 d，e)。對兩次CLIP實驗的peaks取交集后，發現共有將近30%的peak（圖5 g），IGV結果表明：YTHDF1的m6A位點與突觸形成關鍵蛋白（如Gira1，Grin1和Camk2a等）的m6A位點相近，二者可能通過m6A位點結合，調控蛋白的合成（圖5 h）。

5. 首次繪制電休克小鼠的m6A RNA甲基化譜

最后，作者建立了電休克小鼠模型，對海馬體的齒狀回結構的組織進行m6A RNA甲基化測序和轉錄組測序聯合，快速找到許多既發生m6A 甲基化表達量又發生巨大變化的基因，以供后續研究。

總結：

本篇文章表明小鼠海馬體中m6A RNA甲基化能夠調控學習和記憶的生成，并且可以影響調控與神經形成相關的關鍵靶基因的表達，為今后進一步研究m6A修飾在學習和記憶分析機制提供了認識。

何川教授m6A RNA甲基化Reader相關蛋白成果總結：

 1. 2013.11 Nature IF: 41.58

帶有YTH結構域的結合蛋白通過mRNA結合影響功能。

2. 2014.5 Nature IF: 41.58

講明Reader蛋白的作用機制。

 3. 2015.2 Nautre IF: 41.58

揭示m6A 甲基化結合蛋白HNRNPC與LncRNA結合的生物學功能。

4. 2017.4 Cancer Cell IF: 22.84

揭示m6A甲基化結合蛋白HUR與LncRNA結合的生物學功能。

參考文獻：

1. Hess, M. E. et al. The fat mass and obesity associated gene (Fto) regulates activity of the dopaminergic midbrain circuitry. Nat. Neurosci. 16, 1042-1048 (2013).

2. Weng, Y.-L. et al. Epitranscriptomic m 6 A regulation of axon regeneration in the adult mammalian nervous system. Neuron 97, 313-325.e6 (2018).

3. Li, L. et al. Fat mass and obesity-associated (FTO) protein regulates adult neurogenesis. Hum. Mol. Genet. 26, 2398-2411 (2017).

4. Lein, E. S. et al. Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain. Nature 445, 168-176 (2007).

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