m6A RNA甲基转移酶复合物组装的分子机制研究

This research proposal aims at the key research direction of “the regulation mechanisms of chemical modification of biological macromolecules in physiological processes and pathological changes”. N6-methyladenosine (m6A) modification is a dynamic and reversible chemical modification on RNAs, playing crucial roles in mRNA dynamics and thus affecting nearly every aspect of physiological functions. m6A modification is catalyzed by the core complex of RNA methyltransferase (writers), including the catalytic subunit METTL3-METTL14 protein complex and the regulatory subunit WTAP protein. The dysfunction of m6A methyltransferase leads to severe human diseases including cancers, delay in development and metabolism and neuronal disorders and so on. The recent explosion of interests in m6A modification and the writer complex has prompted tremendous progresses in this field. However, there are still many important fundamental questions related to m6A modification and the methyltransferase complex needed to be addressed. In this research proposal, we combine multidisciplinary approaches including biochemistry, structure biology, chemical biology and cell biology methods to elucidate the molecular mechanism underlying the assembly and regulation of m6A methyltransferase complex, to uncover the structure and function of the oligomer state of WTAP protein, and to solve the complex structures of multiple WTAP-mediated regulatory protein complexes. The research will provide a molecular basis for an in-depth understanding of the assembly of the m6A methyltransferase complex, which will facilitate subsequent potential drug development and medical treatments of relevant disease research.

本申请项目针对指南中“生物大分子化学修饰在生理过程和病理变化中的调控机制”研究重点展开。m6A修饰是近年来热点研究的一种在RNA上的动态可逆化学修饰，由催化亚基METTL3-METTL14和调控亚基WTAP蛋白组成的m6A甲基转移酶复合物催化，可以影响生物体内多种重要功能。m6A甲基转移酶复合物的功能异常会引起一系列包括癌症、发育和代谢迟缓及神经系统紊乱在内的多种人类疾病。虽然近年来针对甲基转移酶复合物的研究取得了长足的进展，但仍有很多重要的基本科学问题亟需解决。本申请课题将综合采用生物化学、结构生物学、化学生物学和细胞生物学等多学科方法来研究和阐明m6A甲基转移酶复合物的组装机制和调控机理，对WTAP蛋白自身多聚性质进行结构和功能研究，并解析WTAP蛋白介导的多个调控复合物的结构和调控机制。相关研究将为深入理解m6A甲基转移酶复合物组装提供分子基础，有助于后续潜在药物开发和疾病治疗研究。

m6A修饰是近年来热点研究的一种在RNA上的动态可逆化学修饰，由催化亚基METTL3-METTL14和调控亚基WTAP蛋白组成的m6A甲基转移酶复合物催化，可以影响生物体内多种重要功能。m6A甲基转移酶复合物的功能异常会引起一系列包括癌症、发育和代谢迟缓及神经系统紊乱在内的多种人类疾病。虽然近年来针对甲基转移酶复合物的研究取得了长足的进展，但仍有很多重要的基本科学问题亟需解决。本申请项目聚焦于 m6A RNA 甲基转移酶复合物及其调控复合物，综合分子生物学、生物化学、结构生物学、化学生物学以及细胞生物学等方法来系统地研究 WTAP/METTL3/METTL14 甲基转移酶核心复合物的分子组装机制，特别是其调控亚基WTAP蛋白与催化亚基METTL3-METTL14 之间的相互作用机制、WTAP 蛋白自身的多聚性质及其对 m6A 化学修饰的影响机制等，目前取得的主要研究成果包括：1）解析了WTAP N端的晶体结构，阐述了WTAP蛋白形成四聚的分子机制； 2）研究了WTAP多聚状态改变对核心催化亚基METTL3/METTL14招募的影响，突变为二聚的WTAP降低细胞内m6A修饰的水平，并且揭示了四聚的WTAP会与分裂期的纺锤体共定位，通过影响分裂期染色体的正确分离来影响细胞的分裂进程与分化的功能机制；3）项目组还进一步研究了m6A甲基转移酶相关复合物如ZC3H13-RBM15之间的组装机制；4）此外项目组还对耳蜗毛细胞静纤毛顶端复合物Whirlin与Gpsm2展开了结构与功能研究，解析了Gpsm2定义最高层静纤毛特征的分子机制，为未来听力损失相关患者的诊疗提供了新思路，也为在广泛的细胞过程中动态调节肌动蛋白突起的研究提供了策略。项目执行期间，已发表标注资助号的高水平SCI文章8篇，其中包括Nature Metabolism、Nature Communications、PNAS、Science Advances、J. Biol. Chem、Neurochemistry International等杂志。通过项目的培育，负责人获得了基金委优秀青年科学基金项目，培养了2名硕士毕业生，3名博士毕业生。综上，我们按照计划圆满地完成了项目的研究目标。