技术解读｜m5C-RNA—掀起表观转录组学研究新浪潮
m5C-RNA—掀起表观转录组学研究新浪潮
表观遗传学特别是DNA修饰的研究已成为后基因组时代生命科学领域关注的热点。近年来，随着康奈尔大学第一篇RNA腺苷N6位置甲基化（m6A）图谱的绘制及其在mRNA普遍存在的发现，转录修饰这一未开垦的学术领域，逐渐成为生物医药界争相挖掘的新领地。
目前单就RNA甲基化来说，已知的修饰就已达70多种，然而发生在mRNA上的却不多，约十余种，绝大部分的修饰发生于非编码RNA（ncRNA）中，例如转移RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。在已知的十余种修饰中，N6-甲基腺苷（m6A）和5-甲基化胞嘧啶（m5C）已被证明与肿瘤、神经系统紊乱、代谢性疾病、病毒感染以及个体发育等密切相关。其中m5C是最早发现存在于多种RNA (mRNA、tRNAs和rRNAs)的修饰之一，具有RNA稳定性及蛋白质合成翻译调控等功能。此外，RNA甲基化（m5C）与人类疾病密切相关，其功能涉及调控干细胞应激、细胞毒性应激、mRNA出核和植物细胞发育及基因表达等方面。
研究现状：
1. 2019年8月，在Molecular Cell发表的RNA 5-methylcytosine facilitates maternal-to-zygotic transition through preventing maternal mRNA decay文献，研究了5-甲基胞嘧啶（m5C）如何参与调控母源mRNA稳定性维持，发现m5C通过新结合蛋白Ybx1调控母源mRNA的稳定性，进而调控斑马鱼母源-合子转换（maternal-to-zygotic transition, MZT）及早期胚胎发育进程。通过绘制斑马鱼早期胚胎发育过程中RNA m5C甲基化图谱，发现在母源-合子转换过程中，m5C修饰的母源mRNA比未修饰的mRNA更稳定。研究结果揭示：m5C修饰通过其结合蛋白Ybx1招募Pabpc1a维持母源mRNA稳定性从而保证母源-合子转换有序机制的发现，进一步证明其在调控重要生理和病理进程中的重要作用。
1. 2019年，发表在Nature Cell Biology上的5-methylcytosine promotes pathogenesis of
bladder cancer through stabilizing mRNAs的文章，通过单碱基分辨，分析人类膀胱尿路上皮癌(UCB)样本中mRNA的5甲基化胞嘧啶（m5C）修饰，鉴定出大量的癌基因mRNA携带高甲基化m5C修饰位点，并且高甲基化修饰基因在UCB样本中呈现高表达。此外证明，YBX1可以特异性的识别m5C位点（Reader），YBX1通过募集ELAVL1蛋白维持靶向mRNA的稳定性。此外发现，NSUN2和YBX1通过结合HDGF基因3’端非编码区域的m5C位点驱动UCB的发病机制。本文揭示了m5C mRNA修饰对癌基因激活调控的新机制，也为不同肿瘤研究提供了新思路和潜在的治疗策略。
1. 2017年，发表在Cell Research 上，题为5-methylcytosine promotes mRNA export — NSUN2 as the methyltransferase and ALYREF as an m5C reader的研究发现，m5C修饰在富含CG的区域和翻译起始位点下游的区域富集，在哺乳动物转录组中具有保守的、组织特异性的和动态的特征。此外，mRNA中m5C的形成主要是由RNA甲基转移酶NSUN2催化的，且m5C在体内是由mRNA运输因子ALYREF特异性识别。NSUN2调节ALYREF的核-质穿梭、RNA结合亲和力和相关mRNA的输出。该研究提供了哺乳动物转录组的m5C的全面概况，并表明m5C修饰在mRNA输出和转录后调控中发挥重要作用。
RNA-BisSeq
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检测原理与DNA的5mC修饰类似， RNA甲基化修饰m5C的检测方法也是通过对样品进行重亚硫酸盐处理，将mRNA中未发生甲基化的胞嘧啶（C）转换为尿嘧啶（U），进行反转录后形成cDNA；文库制备完成后，通过高通量测序分析，可得m5C 修饰的位点，从而满足您对RNA甲基化的科研需求。
RNA-BisSeq实验流程：
5mcRNA甲基化建库示意图
参考文献：
1. Yang et al. RNA 5-Methylcytosine Facilitates the Maternal-to-Zygotic Transition by Preventing Materna mRNA Decay. Molecular Cell ,2019; 1–15
2. Xin Chen et al. 5-methylcytosine promotes pathogenesis of bladder cancer through stabilizing mRNAs Nature. Cell Biology, 2017; 978–990
3. Xin Yang et al. 5-methylcytosine promotes mRNA export — NSUN2 as the methyltransferase and ALYREF as an m5C reader Cell Research 2017; 1-20.
4. Schaefer M, Pollex T, Hanna K, Lyko F. RNA cytosine methylation analysis by bisulfite sequencing. Nucleic Acids Res.