RNA甲基化修饰（m6A）驱动环状RNA翻译的调控及功能研究

As an example of epitranscriptome, m6A RNA methylation is the focus of this field. m6A is considered to be the most abundant modification in mRNA, and is closely related to RNA processes such as RNA degradation, splicing and translation. We found that circular RNAs also contain a large number of m6A. These methylated circular RNAs can be translated through m6A reader YTHDF3 and translation initiation factor eIF4G2. Moreover, methylated circular RNA translation is associated with cell stress response. Base on previous research, this project will further study the regulatory factors of methylated circular RNA translation, build its regulatory network; and analyze the changes of circular RNA methylation and its translation between cancer and normal cells, profile circular RNA methylation in cancer; then study cancer-specific methylated circular RNA and its translation, identify the role of methylated circular RNAs and cognate proteins during cancer development. This project will explain the translation regulation of methylated circular RNA and its role in cancer, and provide new ideas and methods for cancer diagnosis and treatment.

作为表观转录组学的代表m6A RNA甲基化修饰是该领域研究的重点。m6A被认为是mRNA中含量最为丰富的化学修饰，与RNA降解、剪接和翻译等过程密切相关。而我们发现m6A在环状RNA中的含量也很丰富。这些甲基化的环状RNA可以通过甲基化结合蛋白YTHDF3和翻译起始因子eIF4G2驱动环状RNA的翻译。而且，甲基化环状RNA翻译与细胞的应激反应相关。本项目将在前期研究的基础上，进一步研究甲基化环状RNA翻译的调控因子，解析其调控网络；分析癌细胞中环状RNA甲基化的差异及其翻译的变化，绘制癌症中环状RNA的甲基化动态图谱；研究癌症特异性的甲基化环状RNA及其翻译过程，解析甲基化环状RNA及其编码的蛋白在癌症发生发展中的作用。该项目的研究将阐释甲基化环状RNA的翻译调控及其在癌症中的作用，为癌症的诊断和治疗提供新思路和新方法。

RNA分子上的化学修饰对其性质和功能具有重要调控作用。近年来，大量研究发现m6A RNA甲基化修饰可以调控RNA的剪接、翻译和降解。我们在早期研究中发现m6A RNA甲基化修饰在环形RNA（一类特殊的闭环RNA分子）中富集，而且该修饰可以帮助环形RNA的翻译起始，这一发现颠覆了环形RNA是非编码RNA的定义。. 本项目拟在原发现的基础上，进一步研究环形RNA中m6A RNA甲基化修饰的动态变化及其对环形RNA翻译的调控和其翻译产物的生理学功能。为此，我们首先鉴定了m6A RNA甲基化识别蛋白YTHDF3的互作蛋白（部分核糖体蛋白），并通过文库筛选鉴定了调控环形RNA翻译的顺式元件，包括m6A RNA甲基化位点以及AU/CU富集的序列。进而，利用BioID和RNA亲和纯化方法解析了参与环形RNA翻译调控的蛋白因子，例如PTBP1、hnRNPCL1以及HuR等蛋白可以促进环形RNA的翻译。此外，我们还系统性分析了精氨酸甲基化修饰酶的底物和互作蛋白，发现精氨酸甲基化修饰在RNA结合蛋白中富集并且其可以影响RNA剪接和翻译。接着，我们通过RNA测序等方法分析了不同肿瘤细胞中环形RNA的表达丰度，发现在神经胶质瘤和神经母细胞瘤中环形RNA的表达量比较高。而且，在不同肿瘤细胞中环形RNA的m6A RNA甲基化修饰水平存在较大差异，进而导致环形RNA的翻译效率也存在巨大差异。最后，我们通过蛋白质组学的分析系统性鉴定了环形RNA编码的多肽，发现大部分环形RNA的翻译产物来源于环形RNA的滚环翻译（编码区域内没有终止密码子）。在此基础上，我们通过细胞实验证实了滚环翻译及其调控。同时，我们也研究了一些环形RNA编码的非滚环翻译产物，发现它们大多含有原蛋白的部分蛋白结构域，并具有不用于原蛋白的生物学功能。. 本项目的研究加深了我们对细胞内m6A RNA甲基化修饰调控环形RNA 翻译的认识，进而使我们可以人工设计并优化特定序列元件用于环形RNA的翻译操控，有望使环形RNA成为一种新型的递送蛋白的工具（可以应用于RNA疫苗和基因治疗）。此外，我们发现精氨酸甲基化修饰在RNA结合蛋白上富集并调控RNA剪接和翻译，为接下来进一步研究蛋白质翻译后修饰和RNA修饰间的联系及其对环形RNA生成和翻译调控提供了新的思路。