m6A海王身份实锤：扰动各种细胞程序性死亡

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最近冬奥会正如火如荼的举行着，一项项比赛看的小编是热血沸腾、提心吊胆，也被青蛙公主、濛主等优秀又有魅力的运动员疯狂圈粉，也许正是因为项目本身的高危性，从运动员到观众，大家都普遍的不再”唯金牌论”，而是回归到了运动本身，哪怕是摔倒在赛场，只要运动员突破了自我、享受了比赛，他/她就是成功的！这，不就是运动会真正的意义所在吗？反观科研，也是如此，我们可能一辈子都不会有站上领奖台的机会，但小编相信，只要我们脚踏实地，耐得住寂寞，积极的学习，总会有所收获，不仅仅是申了几个项目、发了几篇文章，更重要的是自身的成长以及对科研过程的享受！Emmm，一不小心啰嗦的有点多，强行回归主题~

熟悉公众号的朋友，应该不难发现，m6A和细胞程序性死亡(PCD)一直都是我们密切关注的热点，前一阵刚为大家推送了一篇m6A和铁死亡结合的文章，这不，Molecular Cancer杂志上个月又发表了一篇揭示癌症中m6A和各种PCD类型间关联的文章，必须立刻马上给大家安排上！

m6A有什么作用？

一、m6A的组成

m6A RNA甲基化由writers、erasers和readers组成（图1），分别负责m6A的添加、移除和识别。writers即m6A甲基转移酶，负责催化，包括METTL3，METTL14，METTL16，WTAP，RBM15/15B，VIRMA，ZC3H13等；erasers指去甲基化酶，逆转m6A，促进RNA去甲基化，包含FTO和ALKBH3/；readers是指识别并结合m6A位点，在细胞核或细胞质中发挥多种功能的蛋白质，已知的有YTH蛋白家族、IGF2BPs、HNRNP家族和eIF3等。

图1. m6A调节器

二、m6A在RNA代谢中的作用

m6A几乎参与了mRNA代谢的全过程，如表达、剪接、翻译、核运输和降解等，不同位点的甲基化，会对mRNA产生不同的影响，5′-UTR/CDS区域的m6A与能量代谢、线粒体功能和细胞内通路有关，而33′-UTR的甲基化与更具体的代谢过程有关。此外，m6A修饰也是ncRNA加工过程中不可或缺的一部分，并且在miRNA成熟，circRNA翻译以及RNA-RNA互作中也起着一定作用，图2列出了部分m6A影响RNA的机制。

图2. RNA代谢中的m6A

三、m6A在不同癌症中的角色

RNA的m6A甲基化修饰不仅会影响许多生理学过程，在肿瘤的发生发展中也起着重要作用，异常的m6A修饰与癌症密切相关（图3）。比如，METTL3的高表达会促使AML的发生，但在GBM中，METTL3的上调则会抑制肿瘤干细胞的增殖，起到抑癌的作用等等。总而言之，m6A甲基化修饰在癌症中扮演着“双刃剑“的角色：一些基因的过m6A修饰可能会加速肿瘤的发展，而其他基因上的过m6A修饰则可能会抑制肿瘤的发生发展。

图3. m6A甲基化在癌症中的功能

m6A和PCD啥联系？

程序性细胞死亡(PCD)是指细胞接受某种信号或受到某些因素刺激后，为了维持内环境稳定而发生的一种主动性消亡过程。作为一直以来的研究热点，PCD在癌症发病机制以及治疗中的作用正在一步步的被我们所理解，目前已知的PCD类型有十多种，咱们今天就只展开讲讲细胞凋亡、铁死亡、细胞自噬、细胞焦亡以及坏死性凋亡这几个主要的类型（图4）。

图4. m6A和PCD

一、m6A和细胞凋亡apoptosis

细胞凋亡是研究最为广泛的，其三个特有的生化事件为半胱天冬蛋白酶的激活、DNA和蛋白质的降解、线粒体外膜渗透性的改变。细胞凋亡的途径可以分为跨膜死亡受体介导的外源途径，以及在DNA损伤、生长因子缺失、化疗药物等刺激下由内质网介导的内源途径（图5）。m6A主要通过四种机制诱导细胞凋亡：调控凋亡相关基因，沉默甲基化或去甲基化酶基因，以及减少Ythdf2基因的转录本。如YTHDC2会提高Smc3的翻译效率，刺激Bcl-2等凋亡相关基因的高表达，导致较高的OS；还有研究发现通过慢病毒感染去除FTO后，会引起细胞的凋亡，诸如此类的研究还有很多，小编就不一一列举了。

图5. 细胞凋亡途径

二、m6A和自噬autophagy

细胞自噬是对细胞内物质进行周转的保守代谢过程，受到自噬相关基因(ATGs)的严格调控（图6）。根据进入溶酶体的方式，自噬可以分为三大类：宏自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬。细胞外或细胞内的刺激都可能激活自噬，它在细胞死亡信号通路的调节中发挥着双重作用，既可在特定环境下促进生存，又可能在某些疾病中加速死亡。m6A和细胞自噬的影响是相互的，比如，有研究表明 FTO可以去除ULK1基因（该蛋白是自噬的开关）转录本的m6A甲基化，促使细胞自噬的发生等等；同时，另有研究发现通过下调自噬基因ATG5或ATG7，会降低FTO的表达以及NF-κB的活性，表明上调的FTO促进黑色素瘤的发生是由自噬和NF-κB通路诱导的。

图6.细胞凋亡的分子机制

三、m6A和焦亡pyroptosis

小编记得之前有跟大家详细探讨过细胞焦亡的发生机制，作为一种由GSDMD介导的依赖Caspase的炎症性死亡途径，它的主要特征有炎症小体的形成、caspase和gasdermin的激活以及大量促炎症因子的释放，涉及的基因有NLRP3、ASC、Caspase-1、GsdmD p30、IL-1β和IL-18等（图7）。细胞焦亡在在拮抗感染和内源危险信号中发挥重要作用，广泛参与感染性疾病、神经系统相关疾病和动脉粥样硬化性疾病等的发生发展。最近，有研究表明，m6A甲基化修饰的PTEN mRNA通过参与激活的PI3K/Akt/GSK-3β信号通路，可以下调焦亡相关蛋白的表达。另外，METTL3介导的m6A被发现参与了糖尿病视网膜病变中的细胞焦亡，m6A修饰在IRF-1诱导的巨噬细胞焦亡中也起着关键作用。

图7、细胞焦亡的机制

四、m6A和铁死亡ferroptosis

铁死亡是一种铁依赖性的磷脂过氧化作用驱动的促炎性细胞死亡途径（图8），以铁和活性氧(ROS)聚集、线粒体变小、膜密度增高等为特征，铁死亡发生的经典机制是抑制xCT/GSH/GPX4。有研究发现，通过METTL3来降低FSP1的m6A修饰水平，可以抑制铁死亡；在LUAD细胞中，YTHDC2被发现可作为促进铁死亡的内源性因素，它通过识别HOXA13 mRNA中的m6A位点降低了其稳定性，从而降低SLC3A2(参与YTHDC2调控的铁死亡)的表达，进一步抑制LUAD的抗氧化性，限制肿瘤的进展。

图8. 铁死亡概况

五、m6A和坏死性凋亡necroptosis

坏死性凋亡是一种受调控的由RIP1和RIP3激酶介导的程序性细胞死亡方式，通常由细胞的巨大损伤引起，如TNFα、Fas 配体和ROS产物（图9）。其形态学特征表现为胞质空泡化、细胞器肿胀和膜破裂，释放损伤相关分子发挥功能等，可以建立一个癌症的免疫原性微环境。相关研究表明，在CRC患者中，浸润的M2-TAMs增加了由METTL3介导的TRAF5的m6A水平，使得细胞坏死过程受损, 最终导致抗肿瘤药的耐药性。

图9. 坏死性凋亡机制

目前，m6A修饰在各种程序性细胞死亡过程中的调控作用尚在研究之中，很多机制还不是很清晰，根据已有研究，我们发现不同的m6A调节器丰度，会对PCD造成不同的影响，对m6A修饰和PCD通路相关蛋白之间关联的研究还有很长的路要走。

m6A‑PCD和肿瘤

我们知道了m6A修饰可以调控各种PCD途径，而PCD又与癌症的发生发展密切相关，因此，基于m6A对PCD的双向调控，M6A-PCD机制在癌症中也是双刃剑一样的存在（图10）。

图10. M6A-PCD和癌症

一、M6A‑PCD的促癌作用

MeRIP-seq和蛋白质组学分析表明，m6A reader-YTHDF1通过识别ATG2A和ATG14的m6A位点，招募起始因子和核糖体，促进它们的翻译，从而介导HCC恶性肿瘤中的细胞自噬；在髓系肿瘤中，METTL3的过表达，增加了c-MYC、Bcl-2、PTEN蛋白和未分化细胞的富集，减少了MOLM13人急性髓原白血病细胞的凋亡，表明可以通过抑制METTL3，来诱导细胞凋亡；在胃肠癌中，m6A抑制Bax和活性caspase-3的表达，并促进Bcl-2的合成，最终抑制癌细胞凋亡；m6A通过调节自噬相关蛋白来影响自噬，从而改变癌细胞对抗癌药物的敏感性；

二、M6A‑PCD的抑癌作用

在白血病中，一些研究揭示了m6A与细胞凋亡之间的负相关关系，即由FTO和ALKBH5上调引起的Bcl-2过表达可抑制细胞凋亡，导致白血病细胞对酪氨酸激酶抑制剂的耐药性；METTL3和YTHDC2均为铁死亡诱导剂，前者可提高顺铂对NSCLC的治疗效果，后者可抑制肺腺癌的发生；在NSCLC中，由去甲基化酶ALKBH5介导的UBE2C共同调节癌细胞的自噬和凋亡，该基因表达量的增加，提高了自噬表型，并显著控制了癌细胞的侵袭性生长，揭示了自噬基因的激活在细胞自噬和凋亡中的作用。

到这，我们可以知道m6A修饰在PCD途径中发挥的作用，既可以是促进的，也可以是抑制的，这可能与m6A mRNA的状态功能和生理环境以及上/下游的影响有关。不管怎样，可以确定的是，m6A修饰在多种疾病中通常都会表现出异常，鉴于m6A调控蛋白在PCD中的功能，小编相信，对m6A-PCD这一机制的深入研究将有利于发现癌症潜在的生物标志物和治疗靶点，对疾病的诊断、治疗和预后评估，以及耐药性都非常有意义。今天的分享到这了，希望大家有那么一丢丢的收获，生信分析咨询：18501230653（微信同号）

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参考文献：

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