RNA修飾在調節RNA代謝中發揮著關鍵作用,如基因轉錄、RNA穩定性、RNA剪接、核定位和翻譯。RNA修飾是由三類不同的蛋白質動態介導的:寫入者、擦除者和讀取器(WER)。寫入者可以調節RNA修飾的沉積;例如,METTL3和NSUN2可以分別將N6-甲基腺苷(m6A)和5-甲基胞嘧啶(m5C)寫入其靶基因。擦除者去除靶基因的RNA修飾;例如,FTO是m6A的擦除器,而ALKBH3是N1甲基腺苷(m1A)的擦除器。讀取器通過識別靶基因中的RNA修飾位點來發揮其功能;例如YTHDF1/2/3是m6A(6)的讀取器并且ALYREF是m5C的讀取器。WER的失調已被證明與各種疾病有關,包括癌癥、心血管疾病和神經系統疾病。相同的WER在不同的條件下可能具有不同的功能。例如,METTL3在大多數癌癥類型中起致癌作用,但據報道,它在某些癌癥類型中也具有腫瘤抑制功能,如腎癌。這主要是因為WER的擾動可能在不同的條件下選擇性地影響不同的靶基因集。總之,識別WER-靶標關聯對于研究RNA修飾在各種生理和病理條件下的功能和調節機制尤為重要。然而,目前還沒有公共存儲庫來承載不同RNA修飾的WER-靶標關聯。
得益于實驗和高通量測序技術的發展,可以為探索WER與靶基因之間的關系提供更多的證據。例如,免疫沉淀和某些下一代測序技術,如RIP-seq和CLIP-seq,可以直接有效地闡明WER蛋白與靶RNA之間的結合關系。微擾技術,如小干擾RNA(siRNA)和CRISPR/Cas9系統以及高通量測序,可用于系統評估WERs對特定基因RNA代謝的微擾效應。在過去的兩年里,與RNA修飾相關的研究激增。隨著更多WER的發現,靶基因的數量也有所增加,因此需要更新m6A2Target。因此研究團隊升級了數據庫并取名為RM2Target (http://rm2target.canceromics.org/)。來自兩種生物體和九種類型的RNA修飾的63個WER的靶標關聯,包括N6甲基腺苷(m6A)、N6,2'-O-二甲基腺苷(m6Am)、N1甲基腺苷(m1A)、假尿苷(ψ)、5-甲基尿苷(m5U)、5-甲基胞嘧啶(m5C)、7-甲基鳥苷(m7G)、2'-O-甲基化和A-to-I RNA編輯。RM2Target含有包含1619653個WER,為了讓用戶進一步研究WER和靶基因的功能,并研究RNA修飾與疾病之間的關系,RM2Target提供了基本的基因信息和豐富的注釋,包括RNA修飾、RNA-RNA/RNA-蛋白質相互作用、TCGA癌癥類型中WER及其靶基因之間的表達相關性,以及RNA與疾病的關聯。
三種證據類型的WER-靶標關聯存儲在RM2Target中:(i)“已驗證”:分別使用蛋白質印跡、RT-qPCR、RNA穩定性測定、RIP測定、熒光素酶報告基因測定等方法,通過體內或體外實驗驗證人類和小鼠的1530和584個WER-靶點關聯。(ii)“結合”:通過對人類和小鼠的高通量分析,分別預測了461746和61395 WER-靶標與結合證據的關聯。其中,人類有451016個WER-靶標與蛋白質-RNA相互作用的關聯,小鼠有55004個。在人類中總共記錄了3100個WER-靶標與蛋白質-蛋白質相互作用的關聯。(iii)“擾動”:分別從人類和小鼠的WER擾動中推斷出646 539和447 859 WER-靶標關聯。先前的研究表明,RNA修飾在某些基本的生物過程中發揮著至關重要的作用,如mRNA的穩定性、剪接和翻譯。因此,RM2Target在五個水平上進行了差異分析,即表達、修飾、翻譯、穩定性和選擇性剪接。對于人類,有339604個WER-靶標與RNA水平變化相關,60176個與修飾水平變化有關,117866個與翻譯效率變化有關,27700個與mRNA穩定性變化有關,101193個與差異選擇性剪接事件有關。
RM2Target揭示WER與靶基因之間的復雜調控網絡
不同WER之間的串擾同一RNA修飾的寫入者、擦除者和讀取器經常合作控制細胞表型。越來越多的證據表明,不同的RNA修飾之間存在頻繁的串擾。例如,NSUN2介導的m5C修飾可以促進METTL3介導的m6A修飾,反之亦然。m6A修飾可能通過阻斷ADAR和靶基因的結合來抑制A-to-I編輯水平。我們系統地分析了在RM2Target中收集的數據,以探索不同RNA修飾的不同WER之間的串擾。觀察到來自不同修飾的WER的靶基因之間的密集交聯。正如預期的那樣,m6A寫入者METTL3和METTL14的靶基因具有高度重疊,與METTL3和METTL14通常作為異二聚體復合物起作用的事實一致。此外,FBL、NOP56和NOP58,2′-O-甲基化的作者,被證明是盒小核仁核糖核蛋白復合物(snoRNPs)的核心蛋白,也共享相似的靶基因集。
RNA修飾和基因轉錄之間的串擾RNA修飾的沉積通常被認為是一個共轉錄過程。RNA修飾也可以調節基因轉錄。通過對WER的ChIP-seq數據和RNA修飾位點的峰位點進行綜合分析,我們發現m6A-WER的ChIP-seq峰位點,如METTL3、YTHDC1,靠近相應的m6A位點,m1A-WER峰位點,例如ALKBH3,接近相應的m1A位點,表明這些RNA修飾和基因轉錄之間存在強烈的串擾。我們計算了WER的ChIP-seq峰中心和最近的RNA修飾位點之間的平均距離,并認為該平均距離表明了RNA修飾和基因轉錄之間的串擾。因此,我們觀察到m6A修飾主要涉及串擾,m5C最少涉及串擾。
與RNA修飾無關的WER-靶標關聯最近的研究表明,一些已知的RNA修飾的WER具有與修飾無關的功能。例如,m6A寫入器METTL3可以在沒有m6A修飾的情況下促進靶基因PAPBC1的翻譯。m6A寫入物METTL16發揮m6A非依賴性功能以促進翻譯和腫瘤發生。我們使用RM2Target數據系統地研究了RNA修飾依賴性和非依賴性WER-靶標關聯。我們發現,只有30%的靶基因具有來自公共數據庫(如RMbase和RMVar)的相應RNA修飾位點,這表明WERs可能具有RNA修飾無關的功能。然而,目前檢測RNA修飾的方法可能由于各種原因錯過了許多RNA修飾位點,這一可能性不容忽視。