科學報導 表觀遺傳學

細胞老化與RNA甲基化之間的重重謎團

人類自古以來不斷窮極各種方法追求長生不老,而隨著知識堆疊推展,研究開始聚焦於老化背後的分子生物機制;而近來新興之表觀遺傳學遂因於遺傳物質 DNA、RNA 上發現之各式各樣的修飾,成為科學家們探究壽命延長的一嶄新切入點。

來自南卡羅萊納醫學大學的研究團隊著眼於真核生物 mRNA 上最常見的修飾:m6A(甲基化 N6 – 腺苷酸)修飾,並擇取老化相關基因 AGO2 mRNA 為研究標的,層層推敲影響 RNA 表現與穩定性的因素,試圖解析尚未明瞭的 RNA 修飾謎團 [1]。

此研究實驗材料為年輕及年老男性志願參與者之末梢血液單核細胞(Peripheral Blood Mononuclear Cell, PBMC),研究首先進行了免疫沈澱(Immunoprecipitation, IP)及高通量 RNA 定序(high-throughput RNA sequencing)抓取出 m6A-modified RNA 片段,並辨識得 m6A 修飾位置數量,經初步分析發現 m6A-modified RNA 片段數量在老化 PBMC 中較年輕 PBMC 少,但 m6A-modified RNA 片段數量與 total RNA 表現量並無相關性。

研究接著聚焦在老化 PBMC 中之特定基因 RNA 表現量並與年輕 PBMC 相比,作者發現若單看與老化相關之 AGO2,其甲基化程度 及 RNA 表現量皆較低。而再進一步針對現今已知與 m6A 修飾相關之基因來看 [2],他們發現其中轉譯出甲基轉移酶複合體(methyltransferase complex)之調節次單元(regulatory subunit)的 WTAP基因,其 mRNA 穩定表現量亦明顯較低。在這些與 m6A 修飾相關基因上,研究團隊透過 PAR-CLIP(Photoactivatable ribonucleoside-enhanced crosslinking and immunoprecipitation)方法 [3],皆有發現與老化相關之 AUF1 及 HuR 蛋白 [4] 的結合位!綜合上述發現,作者認為 AGO2 mRNA 的 m6A 修飾能穩定表現量,且機制或許亦與 RNA甲基轉移酶、去甲基酶之表現量變化有關,而 RNA 甲基轉移酶、去甲基酶之表現亦可能受 AUF1 與 HuR 蛋白參與之 mRNA 分解 / 轉譯機制調控。

接著,作者在人類纖維母細胞(Human Diploid Fibroblast, HDF)中再次分析老化與年輕 HDF 中之各 RNA 表現量,AGO2 之甲基化程度及 RNA 表現量同樣是於老化 HDF 中較低,而當 HDF 中過量表現 m6A 甲基轉移酶時,AGO2 RNA 之半衰期隨之增長,顯示 m6A 修飾能穩定 AGO2 RNA。

最後作者將前述研究結果與已知老化相關分子機制稍加整併,如表現量會在老化纖維母細胞中下降的 let-7 family miRNA [5],作者發現在剔除 AGO2 RNA 時,部分 let-7 family miRNA 表現量亦隨之下降。此外,研究中亦利用常用之老化標記物 β-半乳糖苷酶(senescence associated β-galactosidase),將剔除 m6A 甲基轉化酶基因之細胞染色,結果確實呈現衰老細胞特性。綜此,作者認為 AGO2 的 m6A 修飾透過調節成熟 miRNA 表現量造成細胞衰老。

除了佔據本研究主要篇幅的 AGO2 基因以外,同樣與老化相關之 DROSHA 與 DICER,其在年輕與老化 PBMC 中甲基化程度與 RNA 表現量之變化卻與之有異;多數與 m6A 修飾相關基因之表現量變化程度亦較不明顯,顯見 mRNA 的穩定性調控仍有諸多尚待釐清,但本篇研究透過分析比較 RNA 譜表,推敲 RNA 甲基化對老化過程中 mRNA 穩定性的影響,仍足為後續分子機制的研究開啟先端!

圖片來源: http://doi.org/10.1111/acel.12753 圖片說明:AGO2基因與調節 let-7 miRNA表現及細胞老化有關

參考文獻:

  1. Min, K., Zealy, R. W., Davila, S., Fomin, M., Cummings, J. C., Makowsky, D., … Yoon, J. (2018). Profiling of m6A RNA modifications identified an age-associated regulation of AGO2 mRNA stability. Aging Cell17(3), e12753. doi: 10.1111/acel.12753
  2. Roundtree, I., Evans, M., Pan, T., & He, C. (2017). Dynamic RNA Modifications in Gene Expression Regulation. Cell169(7), 1187-1200. doi: 10.1016/j.cell.2017.05.045
  3. Hafner, M., Landthaler, M., Burger, L., Khorshid, M., Hausser, J., Berninger, P., … Tuschl, T. (2010). Transcriptome-wide identification of RNA-binding protein and microRNA target sites by PAR-CLIP. Cell, 141(1), 129–141. doi: 10.1016/j.cell.2010.03.009
  4. Mukherjee, N., Corcoran, D., Nusbaum, J., Reid, D., Georgiev, S., Hafner, M., … Keene, J. (2011). Integrative Regulatory Mapping Indicates that the RNA-Binding Protein HuR Couples Pre-mRNA Processing and mRNA Stability. Molecular Cell43(3), 327-339. doi:10.1016/j.molcel.2011.06.007
  5. Marasa, B. S., Srikantan, S., Martindale, J. L., Kim, M. M., Lee, E. K., Gorospe, M., & Abdelmohsen, K. (2010). MicroRNA profiling in human diploid fibroblasts uncovers miR-519 role in replicative senescence. Aging2(6), 333-343. doi:10.18632/aging.100159

撰文|黃云宣

審稿|藍冠鈞

About the author

黃云宣

國立臺灣大學生化科技學系畢,現於原料藥進口代理商任職。曾參與 2015 iGEM,曾任系學會系刊部長、院學會秘書、畢聯會公關部長。

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