RNA甲基化修饰(1)——m6A概念BD.pdf

RNA 甲基化修饰（1 ）——m6A 概念 | 重磅前沿 已知 RNA 存在超过 100 种修饰。在真核生物中，5’端的 Cap 以及 3’的 ployA 修饰在 转录调控中起到了十分重要的作用，而 mRNA 的内部修饰则用于维持 mRNA 的稳定性。 mRNA 最常见的内部修饰包括 N6-腺苷酸甲基化（m6A ）、N1-腺苷酸甲基化 （m1A ）、胞嘧啶羟基化（m5C ）等。对于大热的 m6A ，截至2017 年，全球的科学家 已经鉴定了参与 m6A 的许多酶，包括去甲基化酶、甲基化酶和甲基化识别酶等。芝加哥 大学的何川教授对此贡献巨大。来自中科院北京基因组研究所的杨运桂研究员也是这方面 的大牛。 一旦参与 m6A 修饰的酶出现异常将会引起一系列疾病，包括肿瘤、神经性疾病、胚胎发 育迟缓等。此外，一些非编码 RNA 如 lncRNA、tRNA、rRNA 以及剪切体 RNA 在转录前 后，也存在大量的碱基修饰活动。虽然近几年，关于 RNA 修饰的研究数量开始增多并慢 慢成形，一些深入性的机制研究仍有大量的工作待全球的科学家去完成。但是无论如何， coding RNAs 和 non-coding RNAs 上发生的动态修饰代表了一种全新的遗传信息调控 方式。 早在上世纪 60 年代，除了传统的 ACGU 四种碱基外，Cohn 等人已经在 RNA 上发现了大 量的碱基位点修饰。Holley 等人于 1965 年，首次在酵母的 tRNA 中鉴定了包括假尿苷 （pseudouridine ）在内的十余种不同的RNA 修饰。已知绝大部分真核生物中，mRNA 在 5’ Cap 处存在甲基化修饰，作用包括维持 mRNA 稳定性、mRNA 前体剪切、多腺 苷酸化、mRNA 运输与翻译起始等。而 3’ polyA 发生的修饰有助于出核转运、翻译起 始以及与 polyA 结合蛋白一起维持 mRNA 的结构稳定。 图 1 真核生物 mRNA 上存在的各种碱基修饰行为，在 5’和 3’的 UTR 以及中间的 coding region 都有碱基发生修饰。Roundtree et al (2017) Cell, 169 [15]: 1187-1200 但是这些修饰只发生 mRNA 的头部和尾部，关于 RNA 的内部修饰（internal modification ）在许多种类的RNA 中都有发生。无论是 mRNA 还是 lncRNA ，都大量存 在 m6A 修饰。m6A 能够加速 mRNA 前体的加工时间，加快 mRNA 在细胞中的转运速 度和出核速度。除了 m6A ，RNA 上还存在以下常见的几种修饰，包括 m1A ，m5C 等 （图1 ）。 已知 tRNA 上发生碱基修饰的比例较高，会有各种各样的碱基修饰行为。tRNA 修饰有助 于提高翻译效率，维持其三叶草折叠二级结构的稳定性。人类的核糖体 RNA （rRNA ）上 有超过 200 个碱基修饰位点，而剪切体 RNA （spliceosomal RNA ）上也有超过 50 个碱 基修饰位点。 虽然 RNA 甲基化的研究在上世纪七十年代就开始，但是由于技术上的局限一直停滞不 前。直到最近几年在何川教授等研究团队的带领下，通过不断的技术创新和难点攻克， m6A 等甲基化修饰的研究才不断取得突破性的进展。 随着分析化学工具的升级以及高通量测序技术的兴起，研究 RNA 修饰的方法变得越来越 便捷。强大的工具是研究工作的前提保证。伴随 NGS 的发展，表观转录组学诞生了，其 中大热的主角就是腺苷酸甲基化，包括 m6A 和 m1A 等。那么下面我们就要来讲一讲这期 的主角 m6A。 图 2 N6-甲基化腺苷酸结构示意图 Roundtree et al (2017) Cell, 169 [15]: 1187-1200 我们先来了解下什么叫 m6A 修饰。从图 2 中我们可以看到，这是一个已经发生甲基化的 核糖核苷酸，确切地说叫 N6-methyladenosine。一共分为 2 个大的结构。我们先来回顾 下基础生物化学知识。左下角的是五碳糖，图 2 中 a 框部分也就是五碳糖的第二位 C 处的 羟基发生脱氧就会变成脱氧核糖核苷酸（从 RNA 变成 DNA ）。图2 中 c 框部分标注的， 也就是第四位的 C 处通常会带有磷酸基，如果此处带有 2 个磷酸基团那么就叫 ADP ，如 果带有 3 个磷酸基团那就是大名鼎鼎的 ATP 了。图 2 中 b 框部分通常就是我们所说的含 氮碱基。这里特指腺苷酸（A ），当腺苷酸的第六位N 处发生甲基化时，就是我们所说的 m6A。