不能把“功劳”都算到m6A头上，FTO不仅仅是m6A去甲基化酶

撰文丨黄蔚

责编丨迦溆

温馨提示：文末附有2018年FTO相关的国自然新立项的清单。

m6A是mRNA上最丰富的一种化学修饰，几乎影响了RNA代谢的各个方面：包括剪接，翻译和稳定性等。近年来，越来越多的研究表明m6A在白血病，肝癌，神经胶质瘤等疾病和免疫细胞，神经细胞的发育中都扮演着重要的角色。据不完全统计，关于m6A的功能已有不下200篇高水平的研究论文，而且它的火热程度有增无减，不断有新的研究成果出现。

m6A研究的快速发展离不开参与该修饰的蛋白复合体的鉴定。m6A主要被三类蛋白分子调节，“编码器”（writer）-负责在RNA上催化产生该甲基化修饰的酶，包括METTL3,METTL14和WTAP等；“擦除器”（eraser）-负责去除该修饰的酶，包括FTO和ALKBH5；“阅读器”-负责识别该修饰的酶，包括YTH家族蛋白等。目前，关于m6A功能的研究大多通过对甲基化酶和去甲基化酶的敲低和过表达完成，但是，改变这些酶的表达量，受影响的真的只是m6A吗？换句话说，这些蛋白的功能仅限催化RNA上的m6A修饰吗？是否还存在其他的底物呢？争议一直都在（激烈交锋丨Darnell父子与何川关于m6A修饰的“暗战”）。

FTO最早是通过GWAS分析鉴定到的与肥胖相关的基因【1】，然而它的作用方式在很长一段时间里都是未知的。直到2010年，芝加哥大学的何川教授发现FTO是RNA的m6A去甲基化酶【2】，由此也开启了m6A研究热潮的序幕。

2016年，何川教授与陈建军教授在Cancer Cell发表研究，发现FTO在急性髓系白血病中通过调控m6A的水平，发挥癌基因的功能，促进白血病的发生发展【3】。之后，陆续有研究表明FTO作为m6A去甲基化酶在多种生命过程中发挥作用【4，5，6】。

然而2017年，康奈尔大学的Samie Jaffrey教授在Nature发表的研究可谓一石激起千层浪，该研究否认FTO作为m6A去甲基化酶的功能（真的搞错了吗？RNA去甲基化酶FTO的作用底物解读），发现FTO的作用底物其实是m6Am【7】。m6A和m6Am的差别仅仅在于核糖2’-O上的甲基修饰，二者结构非常相似（下图），但是m6Am的功能，甚至相应的甲基化酶至今也没有找到。Samie Jaffrey的研究发现FTO通过调节mRNA的m6Am水平，影响mRNA的稳定性和翻译效率。

m6A和m6Am（右）

今年初，依然是何川教授和陈建军教授，两位在Cell上发表FTO在白血病中的研究成果（Cell丨FTO第二磅！重审IDH突变在白血病中的作用）【8】，与2016年的Cancer Cell不同的是，该研究系统的分析了白血病中m6Am的丰度，FTO催化m6A和m6Am的偏好性，以及FTO如何通过改变m6A而非m6Am在白血病中发挥功能。

至此，在这场m6A与m6Am争当FTO作用底物的纷争中，似乎是m6A占了上风。不可否认的是，虽然m6Am的丰度比m6A低十倍，但m6Am确实也是FTO的作用底物之一，那么m6Am的改变对RNA命运有何影响呢？FTO是否还可以催化其他类型的修饰呢？

何川与陈建军教授的脚步并未停留在Cell的研究上，近日，他们联手在Molecular Cell发表研究：Differential m6A, m6Am, and m1A Demethylation Mediated by FTO in the Cell Nucleus and Cytoplasm，该研究是目前最全面的关于FTO介导的RNA 去甲基化研究。

主要发现如下：

1.FTO介导带polyA尾RNA的m6A和m6Am的去甲基化，偏好性受细胞核与细胞质定位影响。不同细胞中FTO的定位不同，细胞核的FTO介导m6A的去甲基化，细胞质中的FTO介导m6Am和m6A的去甲基化。但是关于FTO的定位是受哪些因素影响，目前尚不得知。

2.存在m6Am修饰的RNA拥有更高的稳定性，但是敲低FTO对这些RNA却并没有影响。这和Samie Jaffrey教授的研究结论是矛盾的。因此，关于m6Am的功能还需进一步的研究。

3.意外的是，通过对FTO CLIP-seq数据的分析，研究者发现FTO可以结合tRNA，发挥tRNA的m1A去甲基化酶作用，并进一步影响蛋白的翻译速度。考虑到tRNA是细胞中一类非常丰富的RNA分子，并且m1A修饰对细胞的生长和生存至关重要，FTO的m1A去甲基化酶功能在已报道的FTO表型研究中，贡献了多少呢？在今后的研究中，需要慎重地考虑tRNA m1A修饰的功能。

下图是2018年国家自然科学基金批准的标题中包含FTO的项目（以m6A为关键词查询有62项），这些项目涉及到FTO的功能包括肿瘤、胰岛素抵抗、神经认知、智力发育等多个方向，由于上文所述的FTO有多种RNA底物，那么到底是哪种底物的改变引起了相关表型的确是一个值得重视的问题，而下列基金无一例外都落脚到m6A上这本身就有可能是错误的点，因此，从这篇文章以及今年的自然科学基金项目中希望读者能够有新的认识。

2018年国家自然科学基金批准的标题中包含FTO的项目

全文的示意图如下：

此外，值得一提的是何川教授也关注m6A在疾病中的作用，除了上文提到了白血病，近日，何川教授及合作者在Nature Cell Biology发表研究m6A Mrna methylation regulates AKT activity to promote the proliferation and tumorigenicity of endometrial cancer。

该研究阐述了在子宫内膜癌中，通过突变的METTL14和低表达的METTL3，导致抑制AKT的PHLPP2蛋白降低，而促进AKT的PRR5、PRR5L和MTOR等蛋白升高，使AKT异常激活的机制。

值得注意的是，AKT在很多癌症中都起到了调节细胞生长和凋亡的重要作用，这项在子宫内膜癌中的研究，可以推广到其他类型的癌症。确实，正如作者在文章讨论中提到的，在该文审稿期间，白血病【9】、肾癌【10】和T细胞分化【11】的模型中，不同课题组陆续报道了m6A调控AKT信号通路的研究成果。然而，在其他类型的癌症【12，13，14】，比如肝癌等，也有报道METTL3/METTL14通过影响其他靶基因的m6A修饰，发挥癌基因功能的研究。因此，m6A在疾病，特别是癌症中的作用方式是多样且复杂的，关于m6A对靶基因的选择，以及如何决定靶基因的命运，还有待更深入的研究。

参考文献

1. Fawcett, K.A., and Barroso, I. (2010). The genetics of obesity: FTO leads the way. Trends Genet. 26, 266–274

2. Jia, G., Fu, Y., Zhao, X., Dai, Q., Zheng, G., Yang, Y., Yi, C., Lindahl, T., Pan, T., Yang, Y.-G., and He, C. (2011). N6-methyladenosine in nuclear RNA is a major substrate of the obesity-associated FTO. Nat. Chem. Biol. 7, 885–887

3. Li, Z., Weng, H., Su, R., Weng, X., Zuo, Z., Li, C., Huang, H., Nachtergaele, S., Dong, L., Hu, C., et al. (2017). FTO Plays an Oncogenic Role in Acute Myeloid Leukemia as a N6-Methyladenosine RNA Demethylase. Cancer Cell 31,127–141

4. Xiang, Y., Laurent, B., Hsu, C.H., Nachtergaele, S., Lu, Z., Sheng, W., Xu, C., Chen, H., Ouyang, J., Wang, S., et al. (2017). RNA m6A methylation regulates the ultraviolet-induced DNA damage response. Nature 543, 573–576

5. Xiang, Y., Laurent, B., Hsu, C.H., Nachtergaele, S., Lu, Z., Sheng, W., Xu, C., Chen, H., Ouyang, J., Wang, S., et al. (2017). RNA m6A methylation regulates the ultraviolet-induced DNA damage response. Nature 543, 573–576

6. Gokhale, N.S., McIntyre, A.B.R., McFadden, M.J., Roder, A.E., Kennedy, E.M., Gandara, J.A., Hopcraft, S.E., Quicke, K.M., Vazquez, C., Willer, J., et al. (2016). N6-Methyladenosine in Flaviviridae Viral RNA Genomes Regulates Infection. Cell Host Microbe 20, 654–665

7. Mauer, J., Luo, X., Blanjoie, A., Jiao, X., Grozhik, A.V., Patil, D.P., Linder, B., Pickering, B.F., Vasseur, J.J., Chen, Q., et al. (2017). Reversible methylation of m6Am in the 50 cap controls mRNA stability. Nature 541, 371–375

8. Su, R., Dong, L., Li, C., Nachtergaele, S., Wunderlich, M., Qing, Y., Deng, X., Wang, Y., Weng, X., Hu, C., et al. (2018). R-2HG Exhibits Anti-tumor Activity by Targeting FTO/m(6)A/MYC/CEBPA Signaling. Cell 172, 90–105.e23

9. Vu, L. P. et al. Te N6-methyladenosine (m6A)-forming enzyme METTL3 controls myeloid diferentiation of normal hematopoietic and leukemia cells. Nat. Med. 23, 1369–1376 (2017)

10. Li, X. et al. Te m6A methyltransferase METTL3: acting as a tumor suppressor in renal cell carcinoma. Oncotarget 8, 96103–96116 (2017)

11. Li, H. B. et al. m6A mRNA methylation controls T cell homeostasis by targeting the IL-7/STAT5/SOCS pathways. Nature 548, 338–342 (2017)

12. Lin, S., Choe, J., Du, P., Triboulet, R. & Gregory, R. I. Te m6A methyltransferase METTL3 promotes translation in human cancer cells. Mol. Cell 62, 335–345 (2016)

13. Chen, M. et al. RNA N6-methyladenosine methyltransferase METTL3 promotes liver cancer progression through YTHDF2 dependent posttranscriptional silencing of SOCS2. Hepatology 67, 2254–2270 (2017).

14. Weng, H. et al. METTL14 inhibits hematopoietic stem/progenitor diferentiation and promotes leukemogenesis via mRNA m6A modifcation. Cell Stem Cell 22, 191–205 (2018).

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