mRNAの5-メチルシトシン含量と翻訳との間には複数の関連がある

Multiple links between 5-methylcytosine content of mRNA and translation.

• Ulrike Schumann
• He-Na Zhang
• Tennille Sibbritt
• Anyu Pan
• Attila Horvath
• Simon Gross
• Susan J Clark
• Li Yang
• Thomas Preiss

抄録

背景:

5-メチルシトシン（mC）は、tRNAやrRNAにおいて一般的な塩基修飾であるが、mRNAを含むトランスクリプトームにおいてもより広範囲に存在し、分子機能が不明瞭である。mCとmRNAの翻訳との関連性の可能性を追求するために、ヒトHeLa細胞溶解液のポリソームプロファイリングを行い、得られた分画からRNAを効率的に重亜硫酸塩に変換した後、RNAシークエンシング（bsRNA-seq）を行った。厳密なサイトコールのためのバイオインフォマティックフィルターは、技術的なノイズを減らすために考案されました。

BACKGROUND: 5-Methylcytosine (mC) is a prevalent base modification in tRNA and rRNA but it also occurs more broadly in the transcriptome, including in mRNA, where it serves incompletely understood molecular functions. In pursuit of potential links of mC with mRNA translation, we performed polysome profiling of human HeLa cell lysates and subjected RNA from resultant fractions to efficient bisulfite conversion followed by RNA sequencing (bsRNA-seq). Bioinformatic filters for rigorous site calling were devised to reduce technical noise.

結果:

我々は、より広範なトランスクリプトームの中にある約1000の候補mC部位を得たが、そのほとんどはmRNAに見出されていた。複数の新規部位は、ヒトHeLa細胞、LNCaP細胞、PrEC細胞のいずれかの独立したサンプルにおいて、アンプリコン特異的bsRNA-seqによって検証された。さらに、NSUN2またはTRDMT1のmC:RNAメチルトランスフェラーゼのRNAiによる枯渇は、mRNAおよびノンコーディングRNAの両方において、試験した部位の大部分においてNSUN2への明確な依存性を示した。mRNAの候補mC部位は、5'UTRおよび開始コドン付近に富み、tRNAの可変ループに見られるNSUN2依存性mC部位を彷彿とさせる局所的なコンテクストに埋め込まれている。ポリソームプロファイル全体のmRNA部位を解析すると、バルクおよび多くの個々の部位の修飾レベルは、リボソームとの関連性と逆相関していることが明らかになった。

RESULTS: We obtained ~ 1000 candidate mC sites in the wider transcriptome, most of which were found in mRNA. Multiple novel sites were validated by amplicon-specific bsRNA-seq in independent samples of either human HeLa, LNCaP and PrEC cells. Furthermore, RNAi-mediated depletion of either the NSUN2 or TRDMT1 mC:RNA methyltransferases showed a clear dependence on NSUN2 for the majority of tested sites in both mRNAs and noncoding RNAs. Candidate mC sites in mRNAs are enriched in 5'UTRs and near start codons and are embedded in a local context reminiscent of the NSUN2-dependent mC sites found in the variable loop of tRNA. Analysing mRNA sites across the polysome profile revealed that modification levels, at bulk and for many individual sites, were inversely correlated with ribosome association.

結論:

本研究では、NSUN2がmCマークの転写に大きな役割を果たしていることを明らかにした。さらに、シトシンメチル化レベルとmRNAの翻訳との機能的な相互依存性を実証する証拠を提示した。さらに、将来のメカニズム解析のためのいくつかの有力な候補部位を特定した。

CONCLUSIONS: Our findings emphasise the major role of NSUN2 in placing the mC mark transcriptome-wide. We further present evidence that substantiates a functional interdependence of cytosine methylation level with mRNA translation. Additionally, we identify several compelling candidate sites for future mechanistic analysis.