DNA 6mA修饰与线虫先天免疫

先天免疫是生物体抵御各种病原体入侵的一种天然保护能力。众所周知，表观遗传元件，包括组蛋白修饰和DNA 5mC（5-甲基胞嘧啶）修饰，可以调节真核细胞的先天免疫。6mA（N6-甲基脱氧腺苷）是许多原核生物中含量最丰富的DNA修饰，它调节着DNA转录、复制和修复等基本过程。自2015年以来，在几个具有独特分布模式的低等真核生物基因组中检测到高水平的6mA，表明6mA在这些系统中作为额外的DNA标记具有调控作用。在哺乳动物中，尽管6 mA丰度较低，但也被认为在疾病、动物发育期间和应激条件下发挥不同的功能。

近期，北京大学蛋白质与植物基因研究国家重点实验室李川昀团队与刘颖团队合作在Science Advances上发表了一篇题为“6mA-Sniper: Quantifying 6mA sites in eukaryotes at single-nucleotide resolution”的文章^[1]，作者以基于第三代测序的方法，开发出6mA-Sniper，它能通过单核苷酸分辨率准确地量化线虫中的6mA事件。检测结果显示，6mA事件广泛分布在线虫基因组，但在具有明确功能的区域中显著富集，如外显子、启动子、增强子区域，而在内含子、基因间区域占比较低，这表明6mA事件可能对转录组有一定的调控作用。

在秀丽隐杆线虫中，6 mA谱可能是由一些未发现的甲基转移酶形成的。通过功能筛选和体外甲基转移酶活性的组合策略，研究人员确定METL-9是线虫6mA谱的潜在甲基转移酶。后续对metl-9缺失的转基因线虫菌株（METL-9 KO-OP50）进行的SMRT测序结果显示，METL-9 KO-OP50样本中的6mA水平显著下降，而用铜绿假单胞菌（PA14）处理的线虫6 mA水平升高。在METL-9 KO-OP50中，PA14感染后6 mA水平也升高，但升高的幅度显著降低（见图1）。这些数据表明METL-9是线虫6 mA主要的甲基写入蛋白。

图1  在野生型和metl-9敲除线虫株中6mA事件的发生概率比较图

作者们在另一项联合研究中发现，6 mA参与了应激反应相关基因的转录激活^[2]。研究人员通过实验发现，用PA14处理后的线虫新出现的998个6mA位点中，大部分位于感染后上调的基因上，并且在PA14感染后显著上调的基因中，6mA位点的数量明显高于背景对照的基因。这些发现表明，在PA14感染过程中，6mA事件与相应基因的上调之间存在关联。

为了验证6mA事件对其宿主基因表达的调控功能和因果关系，作者从998个6mA位点中随机选择了两个位点，经由上源生科的CRISPR/Cas9基因编辑服务构建了2株突变株（下文统称为：WT-mut线虫株），分别是将其中一个外显子的一个A突变成T而生成的虫株PHX6478 syg-2 (syb6478)以及将A突变成C而生成的虫株PHX6484 T25D10.4 (syb6484)。研究者们比较了WT和WT- mut线虫株在有无PA感染中相应基因的表达水平。结果显示：6mA修饰可以在WT-PA14中检测到，但在WT-OP50中没有检测到；在WT- mut中不论是否有PA14感染，均未检测到6mA修饰（见图2）。因此，WT-OP50、WT-mut-OP50和WT-mut-PA14之间的宿主基因表达水平具有可比性。这些证据支持了6mA事件可以正向调控宿主基因表达的观点。

图2  T25D10.4和syg-2表达水平的热图

小编在另一篇文献热点讨论中了解到，METL-9原本是定位于溶酶体，病原体感染后METL-9会转移到细胞核，增加细胞核METL-9的蛋白水平[3]。因此，病原体感染后可能通过抑制溶酶体诱导的METL-9降解，以提高gDNA 6mA的甲基化和免疫能力。对于gDNA 6mA如何激活转录，以及是否有识别甲基化的蛋白质。细胞如何调节METL-9从溶酶体到细胞核的易位也还不清楚，这些问题有待于科研工作者进行深入探索。

小编很荣幸能够见证上源生科构建的线虫可以助力中国学者们的科研工作，推动国内线虫领域研究的蓬勃发展。秀丽隐杆线虫作为一种重要的模式生物，其研究对于理解生命科学的基本规律，以及解决人类健康、农业、环境等领域的重大问题具有举足轻重的地位。上源生科所构建的线虫可以为科研工作者提供更为精准、便捷的研究工具，推动线虫领域研究的深度和广度，从而为我国的科研事业做出积极的贡献。

在此也祝愿我国的科学研究进程蒸蒸日上，取得更多的突破和成就！上源生科的服务团队也将在这条科研探索之路上砥砺前行，创造更多的科研成果。