何川课题组报道哺乳动物线粒体DNA中6mA修饰及其甲基化酶

，小珂

5mC是哺乳动物DNA中最常见的DNA修饰，在基因表达的调节中起重要作用

和6mA修饰长期以来被认为仅存在于原核生物中，并在保护其基因组免受入侵和维持DNA复制保真度方面发挥作用。

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2-015年，合川、扬和陈大华的研究小组分别在绿藻、果蝇和秀丽隐杆线虫的基因组中发现了6mA修饰，从而揭开了真核生物6mA修饰的序幕

近年来，一系列研究报道，6mA修饰也存在于某些特定的哺乳动物基因组区域，并在基因组结构、DNA转录等方面发挥调控作用。

，然而，6mA在大多数哺乳动物基因组中非常低，其存在和生物学功能也受到质疑。

芝加哥大学的合川研究小组长期致力于研究真核生物/哺乳动物中的DNA和RNA修饰分布及其功能。

该团队对低等真核生物如绿藻和四膜虫的DNA6mA研究已得到验证和广泛认可

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3年17月，何川团队发表了一篇文章N6-脱氧腺苷法在哺乳动物线粒体DNA分子细胞上的应用。

本研究发现哺乳动物的6mA修饰富含线粒体DNA

6毫安通过抑制线粒体转录因子TFAM与DNA的结合和弯曲以及抑制线粒体DNA转录来调节线粒体功能

本研究为动物线粒体基因表达的调控开辟了新的方向

作者首次使用高效液相色谱-质谱、免疫荧光和斑点印迹实验来检测细胞中DNA 6mA修饰的分布

与以前的研究一致。作者发现肝细胞核DNA中6mA的丰度很低。

同时，作者在线粒体DNA中检测到6mA的高丰度

作者使用商业上可获得的试剂盒，并与质粒安全的脱氧核糖核酸酶结合以获得高纯度的线粒体DNA(这一纯化步骤至关重要)。质谱检测发现线粒体DNA中6mA/dA的含量高达400 ppm(每个线粒体DNA分子含有约4个或更多的6mA修饰)，并且这些6mA分布在线粒体DNA的启动子和基因编码区

随后，作者鉴定了线粒体DNA 6mA的甲基化酶METTL4

通过免疫荧光、免疫印迹和免疫电镜实验，作者发现线粒体基质中存在METTL4。

敲低四甲基四胺能降低线粒体DNA上6mA的含量，降低6mA-IP在含有6mA的线粒体DNA片段上的富集程度

的体外实验证实了甲基转移酶4的活性。

通过改变细胞中METTL4的表达，作者发现6mA对线粒体活性有抑制作用在

敲除METTL4后，细胞内氧化磷酸化复合物和活性氧水平均增加

。与此同时，敲低METTL4导致线粒体基因和rRNA水平的增加。

EU标记实验证实，在敲除mtl4的细胞中，核糖核酸产生更快，表明mtl4可能影响线粒体转录水平。

的实验表明，只有野生型而非突变型四甲基四胺具有上述作用，这表明四甲基四胺的甲基转移酶活性对线粒体功能调节的重要性。

在分子机制上，作者通过体外实验发现线粒体DNA启动子，特别是重链启动子上的6mA，对线粒体转录活性有很强的抑制作用

同时，6mA可以抑制线粒体转录因子TFAM与模板DNA的结合和弯曲

值得注意的是，6mA和TFAM结合位点也分布在线粒体基因编码区

因此，基因编码区的启动子和6mA对线粒体转录具有潜在的抑制作用经

缺氧处理后，细胞线粒体DNA中6mA的含量增加到正常条件下的2.5倍，6mA/dA达到0.1%(约10个或更多个6mA/线粒体DNA)。甲基化酶METTL4的水平也相应升高，并受缺氧转录因子低氧的调节。细胞中

过表达HIF1α可增加METTL4水平并抑制线粒体基因表达。

总之，这项工作揭示了哺乳动物细胞中6mA修饰主要集中在线粒体DNA上，并通过抑制线粒体转录来调节正常和应激条件下的线粒体功能。

有趣的是，线粒体被认为起源于进化中的α-变形杆菌，其中CcrM家族的6mA甲基转移酶起着重要的调节作用

本研究揭示了哺乳动物线粒体DNA6mA甲基化的功能及其在转录调节中的作用它开辟了一个全新的研究领域。

纸张信息:

doi:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.02.018

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