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！

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 Cell, 17(3), e12753. doi: 10.1111/acel.12753
2. Roundtree, I., Evans, M., Pan, T., & He, C. (2017). Dynamic RNA Modifications in Gene Expression Regulation. Cell, 169(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 Cell, 43(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. Aging, 2(6), 333-343. doi:10.18632/aging.100159

撰文｜黃云宣

審稿｜藍冠鈞