Andrew Z. Xiao/李海涛合作发现DNA 6mA修饰影响染色质结构 ​

日期：2020-07-16　　浏览次数：6632

本文来源：BioArt

作为细菌中丰度最高的DNA修饰，6mA直到2015年才首次被报道存在于真核生物的基因组中【1-3】。随后，许多研究的跟进发现6mA也存在于哺乳动物和高等植物的基因组。然而，这些研究对于6mA的丰度，分布和功能阐述有较大差异，并且由于6mA在基因组中的丰度较低，且其鉴定易受细菌污染的影响，目前关于6mA是否存在于真核生物基因组中，以及是否具有生理功能，还存在较大的争议（详见BioArt报道：学术争鸣 | 从迷雾重重到柳暗花明？全面起底DNA 6mA修饰相关研究的争议）。

2016年，耶鲁大学的Andrew Z. Xiao教授首次在小鼠胚胎干细胞中鉴定了DNA 6mA的存在【4】，然而另两个独立课题组却未能重复出相似的结果【5-6】，因此关于6mA在小鼠胚胎细胞中的鉴定和功能还需进一步研究。同时，何川教授等发现核基因组的6mA含量稀少，而线粒体基因组中的6mA则丰度更高【7】，提示线粒体是研究6mA功能的潜在理想模型，那么核基因组中的6mA是否还能获得研究者的关注呢？

2020年7月15日，Andrew Z. Xiao教授和清华大学的李海涛教授合作在Nature发表研究“N6-methyladenine in DNA antagonizes SATB1 in early development”，阐述了DNA 6mA修饰通过抑制SATB1在SIDD区的结合，从而调控染色质状态并影响胚胎早期发育进程的机制。

由于6mA在小鼠胚胎干细胞（mES）中的丰度较低（百万分之6-7），研究者首先寻找适宜的细胞培养条件来提高6mA的含量。值得注意的是，在四倍体补偿实验（tetraploid complementation，4N）中，6mA丰度与不同培养条件下mES的发育潜力呈正比。也就是说，在传统的2i（加入ERF和GSK3b抑制剂）条件中（4N阴性），6mA水平显著降低；而在其他2i条件下（4N阳性），6mA的水平则得以保留。mES细胞培养条件的差异可能是造成不同课题组关于6mA丰度争议的原因。

以小鼠滋养层干细胞（trophoblast stem cells）为模型，m6A的丰度在TS-like细胞时期显著上升，随后下降（图1 ）。

DIP-seq显示6mA主要位于AT含量高的基因间区域（intergenic regions），比如转座子LINE-1s，与之前的研究一致【4】。特别地，进一步分析显示6mA主要位于SSID区（stress-induced DNA double helix destabilization）。SSID区有助于推动拓扑压力诱导的DNA双螺旋不稳定，对染色质结构的组织有重要作用，包括建立和维持异染色质-常染色质边界和DNA的长距离互作等。SATB1是SSID的调节蛋白，可以直接结合并稳定DNA双螺旋结构。

那么，6mA是否会影响调节蛋白，比如SATB1，在SSID区的结合呢？确实，分析显示在in vitro和in vivo条件下，6mA都能显著的阻碍SATB1对DNA的结合。过表达6mA去甲基化酶ALKBH1后（注意，免疫荧光显示过表达的ALKBH1主要定位在细胞核，而非线粒体，可排除ALKBH1对线粒体DNA 6mA的影响），6mA降低的位点的染色质变得更加开放，异染色质区域也被打开，这说明6mA通过拮抗SATB1维持染色质的常染色质-异染色质边界。

为进一步研究6mA在胚胎发育中的功能，研究者构建了ALKBH1缺失的小鼠。虽然ALKBH1缺失的杂合小鼠可以出生，但是纯和小鼠却不能。ALKBH1的缺失抑制了TSC细胞向TGC细胞的分化，这说明6mA在胚胎发育中具有重要作用。同时，SATB1的敲除也有与ALKBH1缺失相似的表型，说明6mA主要通过拮抗SATB1发挥功能。

总的来说，该研究发现6mA通过拮抗SATB1在发育的早期调节染色质结构（图2），为研究表观遗传修饰调控染色质结构和基因表达提供了新的思路，具有重要意义。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2500-9