Transcriptomics profiling of m6A RNA modifications in TNF-alpha induced apoptosis

Abstract

Apoptosis is a form of programmed cell death that occurs as a result of physiological or pathological causes. TNF-alpha, which has a regulatory role in immune system cells, stimulates apoptosis through the external pathway. For this reason, it can be used for the treatment of various diseases. Although there are many studies on the regulatory mechanisms of TNF-alpha mediated apoptosis, the contribution of RNA modifications has not been fully elucidated. Regarding the potential role of m6A RNA modification in apoptosis, studies have focused on the effects of regulatory proteins and there is no genome-wide m6A methylation profile yet. In the present thesis, firstly, the gene expression patterns of m6A writer, eraser, and reader were examined in HeLa cells and 632 genes with differential m6A methylation pattern were identified by the miCLIP method. 99 genes involved in apoptotic pathways were determined by GO analysis. Candidates were selected based on m6A methylation fold change, intracellular expression level and apoptotic role of the relevant gene. Methylation points in IGV were confirmed and specific validation experiments were performed on these m6A points. SELECT based validation studies showed 1-2 cycle increase in the TNF-alpha group compared to the control group. This confirms the miCLIP data, which also pointed to an increase in m6A methylation. To elucidate the fate of candidate RNAs, the gene expression levels, and translational status of candidate genes were analyzed. METTL3 KD HeLa cells exposed to TNF-alpha exhibited an increase in the expression of PHLDA1, IFI6 and HRK by almost 2-fold. Polysome fractionation assay showed that translation level decreased in TNF-alpha treated METTL3 KD HeLa cells. As a conclusion, global m6A level affected RNA abundance as well as translation.

Apoptoz fizyolojik ya da patolojik sebepler sonucu meydana gelen programlı hücre ölümüdür. İç ya da dış yolaklar sonucu meydana gelen bu hücre ölümünde, bağışıklık sistemi hücrelerini düzenleyici görevi olan TNF alfa dış yolaktan apoptozu uyarmaktadır. Bu sebeple çeşitli hastalıkların tedavisinde kullanılabilmektedir. TNF alfanın apoptozu tetiklemesindeki düzenleyici mekanizmaları üzerine birçok çalışma mevcut olmakla birlikte RNA modifikasyonlarının bu sistemdeki düzenleyici mekanizması tam olarak aydınlatılmamıştır. Ayrıca, apoptoz ve mRNA'larda sık olarak görülen m6A RNA modifikasyonu ile ilgili olarak çalışmalar düzenleyici proteinlerin etkilerine odaklanmış olup genom kapsamlı bir m6A metilasyonu taraması bulunmamaktadır. Bu sebeple, mevcut tez çalışmasında öncelikle TNF alfa ile apoptoz tetiklenmiş HeLa hücrelerinde m6A metilasyonundan sorumlu yazıcı, silici ve okuyucu proteinlerin gen ekspresyonları taranmış ve m6A metilasyonu artan/azalan 632 gen miCLIP yöntemi ile tanımlanmıştır. GO analizi ile apoptotik yolaklarda rol alan 99 tane gen belirlenmiştir. İlgili genin m6A metilasyonu artış kat sayısı, hücre içi ekspresyon seviyesi ve apoptotik rolü baz alınarak seçilen adaylar için öncelikle IGV'de metilasyon noktaları doğrulanmış ve daha sonra bu noktalara spesifik validasyon deneyi gerçekleştirilmiştir. SELECT sonucunda TNF alfa grubunda kontrol grubuna göre 1-2 döngülük artış tespit edilmiştir. Bu da m6A metilasyonunda artış olduğunu göstererek miCLIP datasını doğrulamaktadır. Metilasyonun RNA kaderine etkisinin analizinde, TNF-alpha uygulanan METTL3 susturulmuş hücrelerde PHLDA1, IFI6, HRK ve GADD45B ekspresyon seviyelerinde artış gözlemlendi. Translasyonel seviye ise polizom fraksiyon analizi ile incelendi. Sonuç olarak, global m6A metilasyon seviyesindeki değişimin hem RNA seviyesine hem de translasyon seviyesine etki ettiği gözlemlendi.