Cell Research | 伊成器组鉴定新型RNA修饰m6Am甲基转移酶

责编丨迦溆

当前研究已经在RNA上发现了超过100种不同类型的转录后修饰【1】，这些修饰大部分分布在rRNA、tRNA等高丰度的ncRNA上，并且对这些RNA的生物学功能起着重要的作用。然而，对于mRNA上的化学修饰的研究，包括修饰类型以及功能研究仍然处于起步阶段。目前为止，在真核生物mRNA的内部已有m⁶A，m⁶Am，I，m⁵C，hm⁵C，Ψ，m¹A，Nm被报道，近年来越来越多的研究报道发现mRNA上的转录后修饰呈现出动态变化的特征并且参与多种RNA调控过程【2】。前不久，关于mRNA上的修饰N⁴-acetylcytidine（ac⁴C）的分布规律及其对于mRNA的调控作用的研究论文发表在Cell杂志上，BioArt邀请伊成器课题组进行了解读，详见：专家解读Cell丨mRNA乙酰化修饰的重要发现与生物学意义。

不同于当前研究得比较热门的m⁶A修饰，m⁶Am主要位于真核生物mRNA 5’端帽子之后的第一个碱基。早在1975年，科学家就鉴定到了m⁶Am 的存在【3】；最近研究发现m⁶Am也是一个动态、可逆的修饰，并且发现了FTO能够去m⁶Am修饰【4,5】，然而其修饰酶一直未被鉴定，极大地限制了对m6Am功能机制的研究。

m⁶Am修饰结构示意图。图片来自：Cell Research，2018

11月28日，北京大学生命科学学院伊成器研究组在Cell Research杂志在线发表了题为Cap-specific, terminal N6-methylation by a mammalian m6Am methyltransferase的研究论文（Letter to the Editor），该文章鉴定了N6，2′ - O -二甲基腺嘌呤（m⁶Am）的修饰酶——PCIF1（phosphorylated CTD-interacting factor 1），为进一步研究该动态、可逆修饰的生物学功能提供了新的思路。

为了鉴定该修饰酶，伊成器课题组从全细胞裂解液（来源于HEK293）中通过生化手段分离并鉴定了m⁶Am的修饰酶，并通过体内和体外实验，证实了PCIF1（phosphorylated CTD-interacting factor 1）的甲基转移酶活性：通过LC-MS/MS定量质谱发现PCIF1敲低细胞系中mRNA的 m⁶Am修饰水平显著下降，通过体外生化实验表明PCIF1对带有m7G帽子结构的RNA具有最高的修饰活性。除此之外，研究还发现PCIF1在不同物种中保守性很高；例如文章还证实了小鼠PCIF1蛋白同样具有很高的甲基化活性，从而提示该甲基化酶在高等生物中都具有重要作用。

特别值得一提的是，11月22日，来自东京大学的Tsutomu Suzuki课题组和Osamu Nureki合提足合作在Science杂志在线发表了Cap-specific terminal N 6-methylation of RNA by an RNA polymerase II-associated methyltransferase的研究论文（Research Article），也报道了m⁶Am修饰这一甲基转移酶PCIF1的发现与鉴定，解析了关键酶的蛋白晶体结构，还揭示了m⁶Am修饰催化形成的分子基础。

上述两项工作完全独立完成，发表时间相隔不足一周（Science论文2018年8月5日投稿、11月14日接收、11月22日在线，Cell Res论文9月15日投稿、11月9日修回、11月10日接收，11月28日在线），但是主体实验结论非常一致，为“RNA表观遗传学”领域提供了一个崭新的研究方向。

注：本文部分内容参考资料北大生科院官方微信号。

参考文献

1. Boccaletto, P. et al. MODOMICS: a database of RNA modification pathways. 2017 update. Nucleic Acids Res 46, D303-D307, doi:10.1093/nar/gkx1030 (2018).

2. Roundtree, I. A., Evans, M. E., Pan, T. & He, C. Dynamic RNA Modifications in Gene Expression Regulation. Cell 169, 1187-1200, doi:10.1016/j.cell.2017.05.045 (2017).

3. Wei, C. M., Gershowitz, A., & Moss, B. E. R. N. A. R. D. (1975). N6, O2′-dimethyladenosine a novel methylated ribonucleoside next to the 5′ terminal of animal cell and virus mRNAs. Nature, 257(5523), 251.

4.Mauer, J., Luo, X., Blanjoie, A., Jiao, X., Grozhik, A. V., Patil, D. P., ... & Gross, S. S. (2017). Reversible methylation of m 6 A m in the 5′ cap controls mRNA stability. Nature, 541(7637), 371.

5. Wei, J., Liu, F., Lu, Z., Fei, Q., Ai, Y., He, P. C., ... & Jia, G. (2018). Differential m6A, m6Am, and m1A Demethylation Mediated by FTO in the Cell Nucleus and Cytoplasm. Molecular cell, 71(6), 973-985.

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