m6A修饰的cenRNA稳定CENPA以调控癌细胞着丝粒稳态
m6A修饰的cenRNA稳定CENPA以调控癌细胞着丝粒稳态
近日，北京大学刘君团队和清华大学杨雪瑞团队合作揭示了m6A修饰的cenRNA稳定CENPA以维持癌细胞着丝粒稳态的新机制。这一发现不仅深化了我们对癌细胞着丝粒稳态调控机制的理解，也为癌症的靶向治疗提供了新的思路和潜在策略。
着丝粒是动粒的组装核心，对有丝分裂中染色体的精确分配至关重要，其完整性直接关系到细胞的正常功能与生存。着丝粒受损会导致染色体错误分离，引发非整倍体现象，这是癌细胞的一个显著特征。在真核生物中，着丝粒特异性核小体主要由组蛋白H3的变体CENPA构成，其水平变化能显著影响着丝粒的结构与功能。
近日，北京大学刘君团队和清华大学杨雪瑞团队合作揭示了m6A修饰的cenRNA稳定CENPA以维持癌细胞着丝粒稳态的新机制。RNA m6A修饰已被证实在mRNA加工代谢过程中发挥关键调控作用，作者发现cenRNA上含有m6A修饰，并且其含量在各种癌细胞中显著升高。此外，证明了CENPA可作为cenRNA的m6A阅读器，特异性结合含有m6A修饰的cenRNA，确保了CENPA在细胞周期S期保留在着丝粒区域。CENPA与甲基化cenRNA之间的相互作用保证了着丝粒的稳定性，以及基因组的稳定性和染色体的正确分离。CENPA保证作为m6A阅读器并在有丝分裂期间协调着丝粒稳态方面发挥的重要调控作用，为癌症的靶向治疗提供了潜在策略。该文章于9月20日发表在Cell Press旗下主刊Cell上。
该文作者首先对2种正常细胞株和5种癌细胞株的染色质相关RNA（caRNA）进行了m6A甲基化测序（MeRIP-seq），通过系统性深入分析发现cenRNA含有m6A修饰，并且在癌细胞中的修饰水平相对较高。作者进一步构建了METTL3敲低的癌细胞株，整合多组学测序和功能实验体系验证，证明了METTL3介导cenRNA上m6A修饰的形成，并调节着丝粒区域内m6A修饰的cenRNA与染色质的结合。此外，作者发现CENPA是cenRNA的m6A阅读器，倾向于结合m6A修饰的cenRNA。CENPA与m6A-cenRNA的结合对于在细胞周期的S期将CENPA维持在着丝粒上是必不可少的。并且，CENPA通过两个关键氨基酸残基Leu61和Arg63介导其与m6A-cenRNA的相互作用。这两个氨基酸在脊椎动物和模式生物中高度保守，这对于CENPA的功能具有重要意义。进一步，通过突变CENPA中的关键氨基酸残基或去除cenRNA甲基化修饰来破坏CENPA与m6A-cenRNA之间的相互作用，研究者观察到S期着丝粒不稳定，染色体分离异常，癌细胞增殖和肿瘤生长减缓现象。该研究表明CENPA与m6A-cenRNA之间的相互作用确保了着丝粒的稳态，是癌细胞中正确有丝分裂的关键转录后调控机制。将CENPA和m6A-cenRNA之间的相互作用作为潜在靶点，为癌症的联合治疗提供了潜在新策略。
图1 CENPA-m6A-cenRNA调控着丝粒稳态和肿瘤耐药性机制示意图。
论文摘要
m6A修饰因其在mRNA多种转录后加工代谢过程中发挥的关键调控作用而广为人知。本研究发现与正常细胞相比，癌细胞中着丝粒RNA（cenRNA）的m6A修饰水平显著升高。随后，确定了H3变体CENPA是cenRNA的m6A阅读器。CENPA定位于着丝粒，对于在有丝分裂期间维持着丝粒的稳态和功能至关重要。在细胞周期的S期，m6A修饰的cenRNA稳定了癌细胞中CENPA在着丝粒的定位。在Leu61和Arg63位点突变CENPA或去除cenRNA m6A修饰会导致S期着丝粒结合的CENPA丢失，进而导致着丝粒不稳定、染色体分离异常，并阻碍癌细胞增殖和肿瘤生长。本研究揭示了一种CENPA介导的m6A识别机制，在表观遗传层面调控了癌细胞中着丝粒的稳态，为癌症治疗提供了潜在靶点。
m6A modification is best known for its critical role in controlling multiple post-transcriptional processes of the mRNAs. Here, we discovered elevated levels of m6A modification on centromeric RNA (cenRNA) in cancerous cells compared with non-cancerous cells. We then identified CENPA, an H3 variant, as an m6A reader of cenRNA. CENPA is localized at centromeres and is essential in preserving centromere integrity and function during mitosis. The m6A-modified cenRNA stabilizes centromeric localization of CENPA in cancer cells during the S phase of the cell cycle. Mutations of CENPA at the Leu61 and the Arg63 or removal of cenRNA m6A modification leads to loss of centromere-bound CENPA during S phase. This in turn results in compromised centromere integrity and abnormal chromosome separation and hinders cancer cell proliferation and tumor growth. Our findings unveil an m6A reading mechanism by CENPA that epigenetically governs centromere integrity in cancer cells, providing potential targets for cancer therapy.