基因與基因體學 科學報導 表觀遺傳學

核糖體 RNA 的甲基化調控者 – ZCCHC4

近期與去年九月,The Investigator 介紹了許多關於 N6 -甲基腺苷(N6-methyladenosine ,簡稱 m6A)的新知。諸如 METTL3-METTL14 [1] 和 FTO 都是藉由修飾 mRNA 影響細胞的分化或功能(詳見【表觀遺傳學之 mRNA 修飾參與記憶形成】)。至於這次的主題 ZCCHC4,為修飾核糖體 RNA(rRNA)的 m6A 甲基轉移酶。Honghui Ma 的研究除了證實 ZCCHC4 修飾 rRNA 的功能之外,還更進一步探究 rRNA 修飾後對核糖體構型、蛋白質轉譯、以及細胞分裂的影響 。

ZCCHC4 是一種鋅指蛋白(蛋白質中含鋅離子以維持其構型)。它的修飾功能取決於 CCHC-ZnF domain 和具催化性質的 DPPF motif。CCHC-ZnF 可以辨識 rRNA 的特定序列,DPPF 則是 ZCCHC4 的甲基轉移區位。研究一開始先是合成特定 RNA 序列片段,加入 ZCCHC4 反應後,以液相層析串聯質譜儀(LC-MS/MS)分析產物。結果發現 ZCCHC4 會在 rRNA 序列 “AAC” 添加甲基,而 18S 和28S rRNA 的 m6A 修飾區域均有 “AAC” 序列。之後進一步合成 18S 和 28S rRNA 的特定序列,以同樣的方法分析後,證實 ZCCHC4 修飾的對象為 rRNA,其中 28S rRNA 修飾的程度是 18S rRNA 的 24 倍。

接著為了觀察 ZCCHC4 實際對細胞 m6A 修飾的影響,研究團隊用 CRISPR-Cas9 修飾 HepG2 細胞和 HeLa 細胞內的 ZCCHC4,讓 ZCCHC4 失去功能,再觀察 rRNA 甲基化的程度。結果在兩種細胞株皆發現突變的 ZCCHC4 會造成 28S rRNA 失去甲基化,而 18S rRNA 和 mRNA 的甲基化程度則不受影響。如果將含有正常 ZCCHC4 基因片段的質體打入細胞,28S rRNA的甲基化修飾便可恢復,進而證實 ZCCHC4 的修飾對象為 28S rRNA。

ZCCHC4 修飾 28S rRNA 對細胞有許多影響。ZCCHC4 在 28S rRNA 修飾的位置為 A4220。一旦 A4220 被甲基化,會增加其與周圍鹼基的疏水性作用力,進而影響核糖體的構型。同時,28S rRNA 的修飾也會影響核糖體轉譯出蛋白質的效率。ZCCHC4 突變的細胞株,其蛋白質轉譯的效率跟正常細胞相比會下降 25%。如果將含有正常 ZCCHC4 基因片段的質體打入細胞,便可恢復原有效率。

ZCCHC4 還會影響細胞分裂的速率。ZCCHC4 突變會使細胞株分裂的功能顯著下降,而此功能同樣能藉由將含有正常 ZCCHC4 基因片段的質體打入細胞而恢復。如果 ZCCHC4 能提升細胞分裂的速率,那麼癌細胞便有可能表現過多的 ZCCHC4。研究團隊分析肝癌細胞與組織周圍正常細胞的 ZCCHC4 表現量,發現肝癌細胞確實表現過多的 ZCCHC4。此外,將兩株細胞的 28S rRNA 分離出來以 LC-MS/MS 分析,發現來自癌細胞的 28S rRNA,其甲基化的程度較高 [2]。

表觀遺傳修飾的研究在近年有許多突破性的進展,而關於 ZCCHC4 的研究才剛起步。ZCCHC4 可以促進細胞分裂的特性,讓它未來有機會成為癌症藥物的抑制目標。ZCCHC4 的其他功能以及未來在研究或醫療上的用途也備受期待。

圖片說明:經過 ZCCHC4 修飾的 m6A4220 會與周圍鹼基 U1863 和 C4211 形成氫鍵,還能增加與 A4219 和 G4222 的疏水性作用力; 圖片來源:Honghui Ma, Xiaoyun Wang , Jiabin Cai, Qing Dai. (2018, December 10). N6-Methyladenosine methyltransferase ZCCHC4 mediates ribosomal RNA methylation. Supplementary Fig. 7 Nature Chemical Biology 15,88-94,doi:10.1038/s41589-018-0184-3

參考文獻:

  1. Dongjun Dai, Hanying Wang, Liyuan Zhu, Hongchuan Jin &Xian Wang. (2018, January 26).  N6-methyladenosine links RNA metabolism to cancer progression. Nature, 124(2018), doi:10.1038/s41419-017-0129-x                  
  2. Honghui Ma, Xiaoyun Wang , Jiabin Cai, Qing Dai. (2018, December 10). N6-Methyladenosine methyltransferase ZCCHC4 mediates ribosomal RNA methylation.  Nature Chemical Biology 15,88-94,doi:10.1038/s41589-018-0184-3

撰文|林其燁
審稿|邱亮源

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林其燁

林其燁

陽明大學醫學系學生。希望能認識更多對生醫研究有興趣的夥伴,並推廣生醫研究新知。

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