趙海藝，謝佳樂(lè)，段曉燕，張立永，劉宇

（河北北方學(xué)院，河北 張家口 075000）

N6-甲基腺苷（m6A）修飾是真核生物中最常見(jiàn)最豐富的RNA 修飾， 是RNA 分子腺苷酸第六位氮原子處發(fā)生甲基化。 Desrosiers 等在多種真核生物中都檢測(cè)到了m6A 甲基化的存在。m6A 甲基化修飾調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、 轉(zhuǎn)錄后和翻譯機(jī)制，是存在于真核生物細(xì)胞內(nèi)最豐富的轉(zhuǎn)錄組學(xué)修飾之一。 文章主要對(duì)m6A 甲基化修飾的生物學(xué)功能及其在家禽生長(zhǎng)發(fā)育、 繁殖等方面的調(diào)控作用展開(kāi)綜述。

1 m6A 甲基化

迄今為止， 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了160 多種RNA 修飾，但N6-甲基腺苷（m6A）是真核生物所有轉(zhuǎn)錄后表觀(guān)遺傳修飾中最豐富的RNA 修飾。 除了信使RNA, m6A 在多種非編碼RNA （ncRNA）中也發(fā)揮重要作用， 如增強(qiáng)子RNA 和小核仁RNA，可以調(diào)節(jié)RNA 的選擇性剪接、定位、翻譯效率和穩(wěn)定性。 m6A 傾向于在同一基序上進(jìn)行修飾，即RRACH （R = G 或A；H = A, C, or U）。 目前的研究表明，m6A 的修飾廣泛調(diào)控生物代謝、生長(zhǎng)發(fā)育、炎癥、癌癥等一系列生命過(guò)程。

m6A 相關(guān)酶是由RNA 甲基轉(zhuǎn)移酶、 去甲基化酶和甲基化閱讀蛋白組成。m6A 修飾是動(dòng)態(tài)可逆的，這是由于RNA 甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶的調(diào)控。 甲基化閱讀蛋白識(shí)別m6A 修飾的RNA以展示其生物學(xué)功能。

1.1 甲基轉(zhuǎn)移酶

m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶，主要包括METTL3、METTL14、腎母細(xì)胞瘤抑制WT1 相關(guān)蛋白（wilms tumor 1-associating protein， WTAP）和甲基轉(zhuǎn)移酶樣蛋白16 （methyltransferase like 16， METTL16） 等。 m6A 通過(guò)一個(gè)復(fù)合物添加到靶點(diǎn)RNA，起到催化m6A 甲基化修飾的作用。

METTL3 主要發(fā)揮催化活性，是一種活性腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine， SAM） 。 而METTL14 不具有催化活性， 主要功能不是催化甲基轉(zhuǎn)移，而是支持METTL3 識(shí)別RNA 底物的必要成分， 并能與METTL3 結(jié)合形成的METTL3-METTL14 復(fù)合物， 這種復(fù)合物具有更高的催化活性。 WTAP 是一種廣泛表達(dá)的核蛋白，不具有催化活性， 是因?yàn)槠淙笔ПＪ氐拇呋谆Y(jié)構(gòu)域， 但WTAP 可以作為銜接蛋白[8]。WTAP 缺失會(huì)導(dǎo)致無(wú)法形成正常的m6A 修飾，這是由于其缺失會(huì)使METTL3、METTL14 無(wú)法定位到核斑點(diǎn)上。 因此，三者相互作用共同參與m6A 甲基化修飾過(guò)程。

METTL16 是METTL3 的同源物， 是近幾年新發(fā)現(xiàn)的另一種m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶， 可以獨(dú)立發(fā)揮其甲基化功能。 與METTL3/METTL14 不同的是依賴(lài)于METTL16 的m6A 標(biāo)記存在于內(nèi)含子和內(nèi)含子-外顯子邊界。METTL16 還可與核糖體RNA、 mRNA 和lncRNA 結(jié)合。 METTL16 作用的發(fā)揮主要是通過(guò)調(diào)控編碼SAM 合成酶的Mat2a mRNA ，對(duì)著床期胚胎發(fā)育至關(guān)重要。 目前研究表明METTL16 參與癌癥發(fā)病機(jī)制。METTL16 水平下降與內(nèi)分泌系統(tǒng)腫瘤患者較低的生存率有關(guān)；而METTL16 水平上升與乳腺癌患者生存率較低相關(guān)。

1.2 去甲基化酶

m6A 去甲基化酶， 主要負(fù)責(zé)甲基化的消除。很早之前，METTL3 已被確定是重要的甲基化轉(zhuǎn)移酶，具有轉(zhuǎn)移甲基生物學(xué)特性。 但去甲基化酶的身份一直沒(méi)有闡明，直到2011 年，JIA 等發(fā)現(xiàn)了FTO 具有m6A 去甲基酶活性，隨后ALKBH5也被鑒定為去甲基化酶。m6A 的調(diào)節(jié)作用依賴(lài)于去甲基化酶，去甲基化酶的發(fā)現(xiàn)也證實(shí)了mRNA轉(zhuǎn)錄后的可逆修飾。

FTO 和ALKBH5 是以α-酮戊二酸依賴(lài)性的方式催化m6A 去甲基化。 最早被發(fā)現(xiàn)的m6A的去甲基化酶是FTO， 在腦中高表達(dá)， 可介導(dǎo)5%～10%的mRNA 去甲基化。而存在于大部分組織的細(xì)胞核中的ALKBH5， 是第二個(gè)鑒定出的m6A 去甲基化酶， 是高級(jí)真核生物中mRNA 最普遍的內(nèi)部修飾。 FTO 和ALKBH5 的去甲基化機(jī)制不同，F(xiàn)TO 需要經(jīng)過(guò)氧化過(guò)程，先氧化形成hm6A 或f6A，接著將其轉(zhuǎn)變?yōu)槲葱揎椀南汆堰省LKBH5 僅催化m6AssRNA 和ssDNA N-去甲基化，且可將m6A 轉(zhuǎn)換為hm6A，不需要經(jīng)過(guò)氧化過(guò)程， 也不需要任何中間體。 Xu C.等的研究表明，敲除ALKBH5 會(huì)造成精子畸變，進(jìn)而導(dǎo)致不育。 而FTO 基因與肥胖和體重指數(shù)密切相關(guān)。

1.3 甲基化閱讀蛋白

m6A 甲基化閱讀蛋白， 主要包括YTH 結(jié)構(gòu)域蛋白 （YTHDC1、YTHDC2）、YTH 同源結(jié)構(gòu)域蛋白家族（YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3）、異質(zhì)核糖核蛋白 （HNRNPA2B1、HNRNPC） 和HNRNPG。 m6A 修飾生物學(xué)功能的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于對(duì)m6A 結(jié)合蛋白的識(shí)別和結(jié)合。

YTHDF1/2/3 參與mRNA 的剪接與翻譯。YTHDC1/2 主要作用部位在細(xì)胞核內(nèi)。YTHDC1 是核m6A 讀碼器，YTHDF1/2/3 和YTHDC2 是細(xì)胞質(zhì)m6A 讀碼器。 YTHDC1 可以通過(guò)特異性識(shí)別并結(jié)合存在m6A 修飾的RNA，對(duì)RNA 進(jìn)行可變剪接。

HNRNP 家族成員， 能與異質(zhì)核RNA（heterogeneous nuclear RNA， HNRNA）形成復(fù)合體，也是富含核糖核蛋白的前體RNA 結(jié)合蛋白。 包括HNRNPA2B1、HNRN- PC、HNRNPG 等。

2 m6A 甲基化修飾的功能

2.1 m6A 修飾與動(dòng)物繁殖

已有研究表明，m6A 甲基化修飾是影響生殖功能的重要因素，在調(diào)控動(dòng)物精子發(fā)生、卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂過(guò)程、 在早期胚胎發(fā)育過(guò)程中均呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化。 敲除METTL3 和METTL14基因后會(huì)抑制精原干細(xì)胞增殖分化以及減數(shù)分裂的起始過(guò)程， 使小鼠的生殖細(xì)胞m6A 水平下降，最終使精子發(fā)生受阻，雄性小鼠不育。 敲除ALKBH5 基因， 會(huì)引起m6A 甲基化修飾水平的上升，精細(xì)胞會(huì)發(fā)生凋亡，最終導(dǎo)致小鼠發(fā)生生殖功能障礙。 敲除YTHDC2 基因后會(huì)使小鼠出現(xiàn)精子發(fā)生障礙，進(jìn)而導(dǎo)致不育。因此，m6A 甲基化修飾與精子的發(fā)生和發(fā)育密切相關(guān)。

有研究證實(shí)， 與m6A 相關(guān)的酶， 如KIAA1429、METTL3、YTHDF2 和YTHDC1 是卵母細(xì)胞生長(zhǎng)和成熟所必需的， FTO 參與卵巢衰老。在豬腔卵泡發(fā)育過(guò)程中， 動(dòng)態(tài)變化的m6A 修飾mRNA 參與了甾體生成、顆粒細(xì)胞增殖和卵泡發(fā)育。此外，m6A 相關(guān)酶參與哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育，在小鼠中，m6A 讀取器hnRNPA2/B1 的敲低會(huì)阻礙胚胎發(fā)育。

2.2 m6A 修飾與疾病

m6A 甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3 被鑒定為肝細(xì)胞癌不良預(yù)后的生物標(biāo)志物。WTAP 也被證明在惡性腫瘤中高表達(dá)， 增強(qiáng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的增殖、 遷移、 侵襲和致瘤性。 m6A 結(jié)合蛋白YTHDF2 與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤密切相關(guān)， YTHDC1促進(jìn)AML 的發(fā)生發(fā)展。有研究表明，METTL3 對(duì)維持心肌組織的穩(wěn)態(tài)有很大作用， 其過(guò)表達(dá)可導(dǎo)致心肌肥厚，其敲減則能有效抑制心肌肥厚。也有研究表明， 甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3 在糖尿病患者的肝臟中高表達(dá)， 而且與胰島β 細(xì)胞的功能和胰島素的敏感性密切相關(guān)。 在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)， 高脂小鼠中敲減METTL3 會(huì)抑制脂肪酸的代謝，可以改善胰島素抵抗。 了解m6A 修飾的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)在基因表達(dá)調(diào)控中的作用， 有助于為疾病的研究與治療提供新的思路。

3 m6A 修飾與家禽卵泡發(fā)育的研究

家禽的卵泡發(fā)育依次經(jīng)過(guò)小白卵泡、 大白卵泡、小黃卵泡和等級(jí)卵泡的發(fā)育過(guò)程，開(kāi)產(chǎn)時(shí)卵巢上形成3～5 個(gè)等級(jí)卵泡后發(fā)生排卵產(chǎn)蛋。在卵泡的發(fā)育過(guò)程中常會(huì)伴隨著卵泡閉鎖的現(xiàn)象，這主要是由于顆粒層細(xì)胞的凋亡所引發(fā)的。雞的卵巢包含數(shù)千個(gè)靜止的原始卵泡， 數(shù)百個(gè)正在發(fā)育的等級(jí)前卵泡， 幾個(gè)黃色的大卵泡和幾個(gè)排卵后卵泡缺乏卵母細(xì)胞。 每天從等級(jí)前卵泡隊(duì)列中選擇一個(gè)特定的卵泡進(jìn)入排卵期前隊(duì)列，開(kāi)始快速生長(zhǎng)直到排卵。 卵巢卵泡的選擇與卵巢體細(xì)胞的快速增殖和分化緊密相關(guān)。 m6A甲基化在雞卵巢內(nèi)卵泡的選擇過(guò)程中起到了十分重要的作用。 Fan Y.等首次報(bào)道了雞基因組內(nèi)存在著廣泛的m6A 修飾，利用MeRIP 技術(shù)繪制了雞卵巢組織m6A 修飾譜。 轉(zhuǎn)錄本的總體數(shù)量在雞的卵母細(xì)胞選擇過(guò)程前后維持穩(wěn)定，而m6A 修飾的轉(zhuǎn)錄本比例增加； m6A 在選擇前卵泡中在CDS 區(qū)域更多， 而m6A 在選擇卵泡中，出現(xiàn)更長(zhǎng)的外顯子片段， 且富集在起始密碼子和終止密碼子區(qū)域。 這種不同的變化示意動(dòng)態(tài)變化的m6A 參與調(diào)控卵泡的選擇過(guò)程

在鳥(niǎo)類(lèi)和哺乳動(dòng)物中， 顆粒細(xì)胞從未分化狀態(tài)向分化狀態(tài)的轉(zhuǎn)變與卵泡選擇直接相關(guān)。在m6A 修飾的基因中，F(xiàn)GF2 mRNA 隨著m6A 逐漸甲基化， 而其表達(dá)水平在卵泡選擇過(guò)程中下降。這表明FGF2 的下調(diào)可能是顆粒細(xì)胞分化和卵泡選擇所必需的。 并且在卵泡選擇過(guò)程中分析了雞卵泡中的m6A 甲基組， 提出m6A 修飾可能在調(diào)節(jié)卵泡發(fā)生的基因中起主要作用。

4 結(jié)語(yǔ)

m6A 修飾受到研究者的廣泛關(guān)注，越來(lái)越多的m6A 調(diào)控酶被發(fā)掘， 對(duì)于m6A 機(jī)制本身的研究也在不斷更新。 m6A 修飾在卵泡選擇、生長(zhǎng)發(fā)育以及疾病等方面都發(fā)揮重要作用。 在這種情況下， 對(duì)于m6A 修飾調(diào)控模式的研究在畜牧業(yè)具有十分重要的意義。 但是目前對(duì)于蛋雞卵泡發(fā)育過(guò)程中相關(guān)基因的m6A 甲基化水平以及由此引發(fā)的相關(guān)基因表達(dá)變化的研究相對(duì)欠缺。隨著相關(guān)研究的深入，利用m6A 的調(diào)控作用，對(duì)于提高蛋雞繁殖性能， 發(fā)展蛋雞產(chǎn)業(yè)具有重要意義。