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背景： RNA修饰是RNA分子化学成分的转录后改变，具有改变RNA功能的潜能。虽然RNA中已鉴定出100多个不同的变化碱基，但其中大多数局限于非编码RNA，特别是转移RNA和核糖体RNA。然而，有报道称在哺乳动物信使RNAs中发生了一些明显的修饰。其中，最普遍的内部修饰碱基是N6-甲基腺苷 (m6A)。然而，由于缺乏在转录本上精确定位m6A的方法，以及缺乏关于产生和识别m6A残基的细胞因子的信息，这一领域受到了很大的限制。m6A在调控mRNA命运中的作用及其在多种细胞类型中的功能重要性已被广泛研究，m6A正在成为一种广泛的调控机制，在多种生理过程中调控基因表达。 简介： 2020年5月，来自以色列魏茨曼科学研究学院的Ziv Shulman和Noam Stern-Ginossar 教授课题组在Nature Immunology（IF: 23.53）杂志上发表题为“The RNA modification N6-methyladenosine as a novel regulator of the immune system”的综述[1]。本文总结了最新发现的N6-甲基腺苷 (m6A)在调控免疫的各个方面的功能，包括免疫识别，先天性和适应性免疫反应的激活，以及细胞命运的决定。还讨论了目前该领域遇到的一些挑战，并描述了揭示m6A的免疫功能及其作用机制的未来方向。 主要结果： m6A-介导的分子机制。 使用m6A机制成分的特定缺失的研究表明，m6A调节了mRNA生命周期的许多方面。m6A修饰的mRNA的路径开始于转录过程中，开始于m6A的写入和消除。随后，核m6A阅读器可以影响mRNA的剪接和输出，并可能影响其他核过程。m6A输出到细胞质后，会影响mRNA的稳定性、翻译和定位，这些影响主要是由胞质m6A阅读器介导的。 图1：细胞m6A机制及其潜在的分子功能。 m6A是由METTL3、METTL14和一组辅助蛋白组成的写入器复合物上共转录添加而成。两种m6A去甲基酶ALKBH5和FTO可以在细胞核中去除m6A。FTO也可以去除转录本第一个碱基上的m6Am甲基化。而在细胞核中，m6A可以被核阅读蛋白识别，主要是YTHDC1，它可以调控剪接和mRNA输出。mRNA输出到细胞质后，m6A被细胞质读蛋白识别，主要是YTHDF1、YTHDF2和YTHDF3，介导mRNA的翻译、稳定性和定位等多种转录后过程。m6A通过三种不同的机制增强mRNA的翻译：YTHDF1结合，然后募集真核翻译起始因子eIF3；eIF3对mRNA 5utr中m6A的直接识别，可能是在应激条件下；以及METTL3直接募集核糖体。YTHDF2，可能还有YTHDF1和YTHDF3，加速含有m6A mRNA的降解。YTHDF1、2和3蛋白在含有多个m6A位点的mRNA存在下导致液相分离。这种相位分离可能介导了含m6A mRNA的募集到无膜分隔层，如应力颗粒和p小体。 m6A调节抗病毒反应。 I型IFN反应通过反激活和抑制信号进行微调；这些信号负责诱导快速和有效的抗病毒反应，同时抑制反应的规模和持续时间，以避免随之而来的毒性。因此，必须严格控制先天免疫识别激活的基因表达程序。事实上，m6A及其机制在调控参与抗病毒免疫反应的几个中心mRNA中发挥了关键作用。有研究表明，病毒感染增强了RNA解旋酶DDX46与编码抗病毒蛋白MAVS、TRAF3和TRAF6的转录本的结合，导致ALKBH5的募集，从而去甲基化这些转录本。这种去甲基化反过来导致这些转录本保留在细胞核中，降低它们的蛋白水平，从而抑制I型IFN反应的产生。m6A修饰除了在调节对病毒感染的先天免疫应答中发挥重要作用外，还可直接作用于病毒RNA。病毒RNA的m6A修饰早在40多年前就有报道，但其功能作用尚不清楚。 图2：m6A通过多种机制调节对感染的先天免疫应答。 已提出m6A参与抗病毒反应的几个机制：(1)水疱性口炎病毒感染时，RNA解旋酶DDX46募集ALKBH5特异性清除MAVS、TRAF3和TRAF6转录本的m6A。这些m6A从缺失的转录本被保留在细胞核中，导致抗病毒I型IFN反应的严重衰减。(2)在单纯疱疹病毒-1感染过程中，hnRNPAB1阻断FTO接触cGAS、IFI16和STING转录本，从而增加其甲基化水平和核输出，产生更强的抗病毒反应。(3)在感染水疱性口炎病毒或单纯疱疹病毒-1时，ALKBH5酶活性受损，通过该蛋白去甲基化。这导致m6A水平升高，从而降低了酶-酮戊二酸脱氢酶(OGDH)转录本的稳定性，并转向抗病毒代谢状态。(4) IFNB转录产物受m6A介导的mRNA降解的调控。在没有m6A的情况下，IFNB mRNA和蛋白含量增加，导致抗病毒反应增强。 m6A在适应性免疫反应中的作用。 m6A调节适应性免疫的机制是一个新兴的研究领域。METTL3缺失可导致胚胎死亡；因此，为了研究m6A在体内免疫细胞中的作用，我们采用了条件敲除系统。CD4+ T细胞中METTL3的缺失对其在胸腺中的生成和成熟没有重大影响，这一过程高度依赖于T细胞受体(TCR)的刺激，以及多种协同刺激信号。m6A机制在CD8+ T细胞胸腺发育中的作用尚不清楚，需要进一步研究。此外，在体外，METTL3缺陷的CD4+ T细胞能够对TCR刺激做出反应，这表明TCR的基本机制和下游信号转导并不依赖于m6A的修饰。 Treg细胞中特异性缺乏METTL3的小鼠(Foxp3-Cre小鼠)会出现严重的自身免疫性疾病，并在出生几周后死亡。这些小鼠的Foxp3+ Treg细胞数量正常，但细胞无法介导其抑制功能。与CD4+ T细胞总数的减少一样，Treg细胞中特异性的METTL3的减少导致SOCS基因家族mRNA的增加。因此，在Treg细胞中，m6A机制通过SOCS mRNA的衰减使IL-2受体有效传递信号，从而促进Treg抑制功能。 图3：m6A修饰调节细胞因子受体信号转导。 SOCS基因是通过干扰STAT5功能，阻碍细胞因子受体信号转导，降低基因表达的早期基因。SOCS转录水平受m6A介导的mRNA降解的调控。在没有METTL3的情况下，SOCS mRNA和蛋白的数量增加。SOCS通过降低STAT5的激活干扰细胞因子信号转导，导致CD4+ T细胞稳态增殖的减弱和Treg细胞抑制功能的缺失。 m6A对树突状细胞的调控机制。 m6A写入器复合物，包括METTL3，在成熟的树突状细胞（DC）中表达的水平高于不成熟的DC。同样，METTL3表达在脂多糖(LPS)处理的牙髓细胞中增强，这些细胞很可能包含许多抗原呈递的DC，以及其他免疫细胞类型。在DC中，Mettl3的缺失导致DC在LPS作用下成熟受损，协同刺激分子CD40、CD80和炎症细胞因子表达降低，诱导T细胞反应的能力降低。shRNA敲除YTHDF1也降低了这些协同刺激分子的表达；然而，使用FLT3配体刺激的YTHDF1缺陷小鼠的DC中没有观察到这些缺陷。因此，协同刺激分子CD40和CD80的最佳表达取决于m6A，但其效果可能与环境有关。然而，其他DC激活信号或体内不同微环境中的DC可能并不依赖于m6A机制来实现其适当的成熟和共刺激分子的表达。这些发现表明，在免疫应答中METTL3依赖机制可能提高DC的成熟和启动效率来抵抗细菌。此外，CD40的高表达可能会影响抗原特异性T细胞诱导耐受和激活之间的平衡。 在没有YTHDF1的情况下，肿瘤浸润的DC在黑色素瘤或结肠肿瘤中的抗原交叉递呈更有效，成熟的YTHDF1缺失的DC在T细胞活化方面比野生型细胞更有效，无论是在体外还是在体内中。研究发现，DCs中的Ythdf1缺失会减弱与吞噬体和溶酶体途径相关的基因的翻译，包括组织蛋白酶家族成员中的酶。这些酶在吞噬小体中降解蛋白质，从而通过被DC摄取后破坏抗原来限制抗原的交叉作用。在Ythdf1缺陷的DC中，组织蛋白酶蛋白的低表达导致抗原降解速度减慢，并更有效地交叉呈递到CD8+ T细胞。此外，用抗PD-L1抗体治疗小鼠可进一步增强由Ythdf1缺失的DCs诱导的CD8+ T细胞消除肿瘤细胞的能力。总体而言，m6A在DC由未成熟细胞向有效T细胞激活因子转化过程中发挥重要作用，可表达共刺激分子，并通过抗原交叉递呈促进适应性免疫应答的启动。 图4：树突状细胞功能受m6A修饰的调控。 在没有m6A解读器YTHDF1的情况下，编码蛋白酶的基因翻译效率较低，因此吞噬体中发现的抗原降解酶较少。因此，更多的肽可用于抗原在MHC I类分子表面交叉分布。LPS刺激的树突细胞中缺乏m6A也会导致共刺激分子的翻译不足，如CD80、CD40和TLR4适配器TIRAP(也称为Mal)。 结论和展望： 最近在mRNAs中绘制m6A图谱方面的进展，加上操纵m6A沉积和识别酶的能力，已经开始揭示与RNA甲基化相关的不同分子后果，以及它在不同生物过程中发挥的核心作用，包括调节免疫的不同方面。尽管近年来取得了巨大的进展，但我们对m6A修饰如何影响免疫表型的理解仍处于起步阶段。解密甲基化异常或甲基化位置识别异常如何导致免疫表型的多样性，仍需今后更多的研究。虽然这篇综述主要集中在m6A上，但mRNA上的修饰集合显然可能更广泛。随后对动物模型中生理环境下RNA修饰的分析将进一步加深我们对这些RNA修饰如何起作用以及它们如何调节免疫的认识。 原文链接：https://www./articles/s41590-020-0650-4 参考文献： 1. Shulman Z, Stern-Ginossar N: The RNA modification N-methyladenosine as a novel regulator of the immune system. Nat Immunol 2020, 21(5):501-512. 要点预览
培训简介
培训预期：
讲师背景：
【课程设置】
【使用软件】 主要使用R和Rstudio 培训时间和培训方式 网络班时间：2020/7/11-7/12 培训方式：Zoom网络会议 网络学习班主办：医药加科研培训中心 网络学习班承办方：上海循掘生物科技中心 学习费用
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