DNA N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenine,6mA） 已被報道參與真核生物的轉錄調控等關鍵生物學過程【1-6】。然而，6mA與轉錄的關係在不同真核生物中表現出明顯差異，其參與轉錄調控的具體機制尚未充分闡明。嗜熱四膜蟲 （Tetrahymena thermophila） 作為一種重要的單細胞真核模式生物，已被報道含有較高的6mA水平，由甲基化酶AMT1 （Adenine Methyltran sferase 1） 催化，且6mA與轉錄存在正相關關係，是研究6mA與轉錄調控機制的理想體系。
2025年1月，海洋生物多樣性與進化研究所高珊課題組在Nucleic Acids Research雜誌發表題為Methyl-dependent auto-regulation of the DNA N6-adenine methyltransferase AMT1 in the unicellular eukaryote Tetrahymena thermophila的研究成果。這項研究以四膜蟲為模式材料，發現了6mA甲基化酶AMT1的自調控和轉錄調控機制，並且探究了其在接合生殖時期的動態分佈及生理功能，為6mA作為表觀遺傳標記在真核生物中參與轉錄調控和其他生理功能調控提供了重要線索，為未來進一步探索真核生物中6mA的功能調控機制奠定了理論基礎。
團隊前期以四膜蟲為研究材料，鑑定出AMT1是四膜蟲的主要6mA甲基化酶【7】。AMT1基因缺失會造成細胞生長緩慢，且伸縮泡異常增大。然而，AMT1如何參與基因表達調控，從而影響細胞生長發育的分子機制仍未知。
該工作發現AMT1關鍵酶活位點突變後不僅導致全基因組6mA水平的顯著下降（圖1A-C），自身基因的mRNA水平和蛋白水平也顯著下降（圖1D-E）。透過對AMT1基因的染色質環境進行分析發現，其具有典型的6mA分佈偏好性特徵，包括：穩定的核小體佔位，高水平的H3K4me3和H2A.Z（圖1F），以及相對較高的6mA水平（圖1G）。基於此，推測AMT1基因自身的轉錄水平可能受6mA調控。
圖1.AMT1關鍵酶活位點突變後AMT1自身的mRNA水平，蛋白水平以及表觀遺傳標記的分佈情況。（A）AMT1的基因和蛋白模型。（B）AMT1突變後的6mA 免疫熒光染色結果。（C）AMT1突變後的6mA質譜結果。（D）AMT1突變後AMT1（HA）的蛋白印跡結果。（E）AMT1突變後AMT1基因的mRNA表達水平。（F）AMT1基因的6mA、H2A.Z、H3K4me3及核小體分佈。（G）所有基因的6mA水平。
進一步地，該工作對AMT1突變株系進行了單鹼基解析度的SMRT-CCS測序。結果發現， AMT1突變後6mA水平顯著下降（圖2A-B），與上述6mA免疫熒光染色和質譜結果一致。更為重要的是，AMT1基因上的6mA水平明顯降低（圖2D-F）。轉錄組測序也顯示，AMT1基因的mRNA表達水平隨之下降（圖2D）。上述結果表明AMT1可能是透過其催化活性調控自身基因的6mA水平，進一步影響其轉錄水平。同時，該工作利用異位過表達野生型AMT1蛋白的拯救實驗，發現野生型AMT1的回補可以回升AMT1基因的6mA水平和mRNA水平（圖2G）。上述結果證實了AMT1催化的6mA可調控自身的轉錄水平，形成了一個正反饋的轉錄啟用機制。
圖2.AMT1突變和敲降後的6mA水平分析。（A）6mA甲基化模式。（B）AMT1突變和敲降後的6mA甲基化模式。（C）AMT1突變和敲降後的整體6mA分佈情況。（D）AMT1基因的6mA分佈和mRNA表達情況。（E）AMT1突變後AMT1基因的6mA 單分子模式。（F）AMT1突變和敲降後所有基因的6mA水平變化。（G）拯救細胞中AMT1基因的6mA和mRNA表達水平。
基於6mA與轉錄存在正相關關係，該工作還整合分析了AMT1敲除、突變、敲降三種細胞的SMRT-CCS和轉錄組資料，鑑定出141個高置信的AMT1-6mA依賴的基因。這些基因主要參與調控氧化還原酶活性，代謝以及跨膜轉運等通路，解釋了AMT1損傷後導致的生長減緩以及伸縮泡異常增大等表型。這些發現為6mA參與轉錄調控提供了更多證據，表明6mA可能作為一種轉錄啟用的表觀遺傳標記，參與細胞內生理過程的調控（圖3）。
圖3.AMT1自調控和轉錄調控的模式圖。
該研究由中國海洋大學海洋生物多樣性與進化研究所高珊課題組完成。高珊課題組博士畢業生段麗麗和博士生李海程為該文章的共同第一作者。王媛媛副教授和高珊教授為文章的通訊作者。日本基礎研究所的Kensuke Kataoka助理教授，中國海洋大學醫藥學院宋妮老師和中國海洋大學海洋生物多樣性與進化研究所馬洪鋼老師，高珊課題組碩士生鞠艾利、博士生張喆、牛俊驊、張雨苗、刁靜涵和博士後劉永強對本文亦有重要貢獻。
高珊教授課題組現有開放職位，歡迎志同道合者加盟
高珊教授課題組的主要研究方向為原生動物表觀遺傳學，聚焦染色質調控機制研究。以單細胞真核模式生物-四膜蟲為材料，圍繞DNA甲基化6mA和組蛋白翻譯後修飾，多角度地揭示了染色質調控的分子機制及其在真核生物進化中的潛在作用。目前工作聚焦於1）6mA的酶學調控體系和功能分化；2）複製轉錄衝突的表觀調控機制。現招募從事生物資訊學研究的博士後1人。有意向者請投遞簡歷。
實驗室網址：https://scxy.ouc.edu.cn/lplb/2018/0811/c13774a207662/page.htm
簡歷投遞（ 有意者請將個人簡歷等材料發至）：
https://jinshuju.net/f/ZqXwZt或掃描二維碼投遞簡歷
https://doi.org/10.1093/nar/gkaf022
製版人：十一
參考文獻
1. Cummings, D.J., Tait, A. and Goddard, J.M. (1974) Methylated bases in DNA from Paramecium aurelia. Biochim.Biophys. Acta., 374, 1-11.
2. Fu, Y., Luo, G.Z., Chen, K., Deng, X., Yu, M., Han, D., Hao, Z., Liu, J., Lu, X., Dore, L.C. et al. (2015) N6-methyldeoxyadenosine marks active transcription start sites in Chlamydomonas.Cell, 161, 879-892.
3. Gorovsky, M.A., Hattman, S. and Pleger, G.L. (1973) N6-methyl adenine in the nuclear DNA of a eucaryote, Tetrahymena pyriformis.J. Cell Biol., 56, 697-701.
4. Greer, E.L., Blanco, M.A., Gu, L., Sendinc, E., Liu, J., Corrales, D.A., Hsu, C.H., Aravind, L., He, C. and Shi, Y. (2015) DNA methylation on N6-adenine in C. elegans.Cell, 161, 868-878.
5. Liang, Z., Shen, L., Cui, X., Bao, S. and Yu, H. (2018) DNA N6-adenine methylation in Arabidopsis thaliana.Dev. Cell, 45, 406-416.e403.
6. Pan, B., Ye, F., Li, T., Wei, F., Warren, A., Wang, Y. and Gao, S. (2023) Potential role of N6-adenine DNA methylation in alternative splicing and endosymbiosis in Paramecium bursaria.iScience, 26, 106676.
7. Wang, Y., Sheng, Y., Liu, Y., Zhang, W., Cheng, T., Duan, L., Pan, B., Qiao, Y., Liu, Y. and Gao, S. (2019) A distinct class of eukaryotic MT-A70 methyltransferases maintain symmetric DNA N6-adenine methylation at the ApT dinucleotides as an epigenetic mark associated with transcription.Nucleic Acids Res., 47, 11771-11789.
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