EMBO Rep︱中山大学王文涛（陈月琴团队）揭秘METTL14蛋白代谢及RNA m6A细胞内稳态新机制

撰文︱佚  名责编︱方以一，王思珍编辑︱杨彬薇

N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine, m⁶A) 是真核生物mRNA或长链非编码RNA的最普遍的修饰之一，广泛参与基因表达调控、组织器官形成、个体生长发育等一系列生理过程[1, 2]。RNA m⁶A修饰的失调与发育异常、癌症等疾病的发生发展密切联系[3, 4]。然而，关于维持细胞RNAm⁶A修饰内稳态的分子机制仍不清楚。

2023年1月4日，中山大学生命科学学院王文涛副教授（陈月琴教授团队）在EMBO Reports在线发表题为“METTL3 protects METTL14 from STUB1-mediated degradation to maintain m⁶A homeostasis”的研究论文。该研究发现在细胞中，METTL14远比METTL3蛋白水平低，而且METTL14不能单独稳定存在，是RNA m⁶A内稳态的关键因素。研究揭示METTL3竞争结合METTL14逃逸E3连接酶STUB1介导其泛素化降解，维持细胞内m⁶A动态平衡的分子机制，提示通过过表达STUB1介导的METTL14泛素化降解可成为恶性癌症治疗的潜在策略。

大量研究表明，METTL14和METTL3在结构上形成紧密结合的异源二聚体[5]，然而甲基转移酶蛋白的稳定性以及其维持m⁶A稳态的分子机制仍不清楚。该研究也发现METTL14在细胞内难以单独过表达，必须同时回补METTL3才能实现高效表达；但METTL3与METTL14则不同，有无METTL14存在都可以实现其过表达的效果，这提示细胞内METTL3在维持METTL14蛋白稳定方面可能起着重要作用。作者进一步发现METTL3可以稳定METTL14蛋白水平，并且其450-454aa和464-480aa氨基酸结构域而非催化位点序列对保护METTL14稳定性至关重要（图1）。

图1.METTL3调节METTL14蛋白表达量

（图源：Zeng ZC, et al., Zeng ZC. 2023）

作者进一步联合免疫共沉淀、银染质谱及药物处理等实验手段发现METTL14在体内存在多聚泛素修饰，证实METTL14的蛋白酶降解与其泛素化修饰相关。之前有研究发现在皮肤癌中，UVB可以诱导METTL14蛋白选择性自噬降解[6]。我们的研究暂时没发现METTL14的自噬现象，这说明METTL14在正常生理条件可能主要是通过泛素化降解系统调控。在蛋白质降解的泛素-蛋白酶体通路中，E3泛素连接酶对底物的识别及泛素化至关重要[7, 8]。作者进一步通过体内敲低、过表达、体外泛素化等一系列分子生物学实验证明STUB1是METTL14的E3泛素连接酶，并通过调控METTL14调控m⁶A全局变化（图2）。

图2. STUB1是METTL14蛋白E3泛素连接酶

（图源：Zeng ZC, et al., Zeng ZC. 2023）

后续的分段、单点突变和多点突变等实验鉴定第148、156、162位赖氨酸（K148、K156、K162）是METTL14重要的泛素化位点；同时突变这三个位点，METTL14泛素化显著减少，稳定性上升，细胞总体m⁶A丰度上升（图3）。

图3. STUB1介导METTL14蛋白K148、K156、K162位点泛素化

（图源：Zeng ZC, et al., Zeng ZC. 2023）

METTL3与METTL14在细胞内形成紧密的异源二聚体，METTL3在这个通路中扮演什么角色呢？作者通过一系列的Co-IP实验验证METTL3抑制了METTL14与STUB1的结合效率。这些结果揭示了METTL3与STUB1竞争结合METTL4并调控其泛素化降解作用，进一步动态维持m⁶A水平（图4）。

图4. METTL3与STUB1竞争结合METTL4

（图源：Zeng ZC, et al., Zeng ZC. 2023）

最后，作者探索STUB1-METTL4-METTL3调控模型在癌症发生发展中的功能。研究发现STUB1及METTL3能够调控及回复METTL14的细胞学功能。进一步通过小鼠皮下注射胆管癌细胞建立胆管癌发展模型，验证m6A甲基转移酶以及STUB1对癌症发展的作用，揭示靶向m⁶A甲基转移酶和过表达STUB1可抑制胆管癌进程，是治疗该类恶性肿瘤的潜在策略（图5）。

图5. STUB1调控胆管癌进程

（图源：Zeng ZC, et al., Zeng ZC. 2023）

图6. METTL3竞争结合METTL14逃逸E3连接酶STUB1介导的泛素化降解新机制

（图源：Zeng ZC, et al., Zeng ZC. 2023）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该工作率先发现METTL14是调控RNA m⁶A修饰平衡的关键因素，揭示了METTL3竞争结合METTL14逃逸E3连接酶STUB1介导其泛素化降解，维持细胞内m⁶A动态平衡的分子机制。这也是首次揭示了METTL3/STUB1的结合竞争模型在维持METTL14代谢和m⁶A修饰平衡中的重要作用，提示通过提高STUB1表达精确调控METTL14泛素化降解以及m⁶A水平可能是潜在治疗恶性癌症的一种有效策略。

原文链接：https://www.embopress.org/doi/abs/10.15252/embr.202255762

中山大学生科院王文涛副教授为该项工作的通讯作者，我院博士毕业生曾展城和博士研究生潘琦为本文共同第一作者。团队负责人陈月琴教授为论文进行了重要指导和大力支持。孙逸仙纪念医院何波和叶华教授对研究提供了重要支持。相关工作得到了国家重点研发计划(No.2021YFA1300502)、国家自然基金(No.32170570 和 81772621)，广东省杰出青年基金(No. 2021B1515020002)和广州市科技计划项目支持(No.202102020070)。

通讯作者：王文涛

（照片提供自：王文涛团队）

通讯作者简介（上下滑动阅读）

王文涛，2017年毕业于中山大学获生物学博士学位，现任中山大学生命科学学院副教授，广东省杰出青年基金获得者。长期从事非编码RNA功能研究工作，在非编码RNA功能调控及表观遗传修饰方面取得重要进展，解析了一批参与和白血病发生发展密切相关的ncRNA，获得国内外同行的认可。近5年，以第一作者或通讯作者（含共同）先后在Molecular Cell, Blood, EMBO Reports，Cell Reports, Cell Discovery, Genome Biology, Clinical Cancer Research等国际知名刊物上，共计15篇。其中，多篇论文被作为封面或亮点文章进行点评报道。目前，先后主持多项国家基金项目，担任广东省精准医学应用学会精准血液病分会委员和广东省病例生理学会第一届肿瘤专业委员会委员；并多次担任国际知名期刊如 Signal Transduction and Targeted Therapy, Oncogene, Moleclar Cancer, J. Hematol. Oncol. 等杂志审稿人。

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参考文献（上下滑动阅读）

1. Fu Y, Dominissini D, Rechavi G, He C. Gene expression regulation mediated through reversible m(6)A RNA methylation. Nat Rev Genet. 2014; 15(5):293-306.

2. Wang Y, Li Y, Toth JI, Petroski MD, Zhang Z, Zhao JC. N6-methyladenosine modification destabilizes developmental regulators in embryonic stem cells. Nat Cell Biol. 2014; 16(2):191-8.

3. Livneh I, Moshitch-Moshkovitz S, Amariglio N, Rechavi G, Dominissini D. The m6A epitranscriptome: transcriptome plasticity in brain development and function. Nat Rev Neuro. 2020; 21(1):36-51.

4. Vu L, Cheng Y, Kharas M. The Biology of m6A RNA Methylation in Normal and Malignant Hematopoiesis. Cancer Disco. 2019; 9(1):25-33.

5. Wang X, Feng J, Xue Y, Guan Z, Zhang D, Liu Z, et al. Structural basis of N(6)-adenosine methylation by the METTL3-METTL14 complex. Nature. 2016; 534(7608):575-8.

6. Yang Z, Yang S, Cui YH, Wei J, Shah P, Park G, et al. METTL14 facilitates global genome repair and suppresses skin tumorigenesis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021; 118(35):e2025948118.

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8. Morreale FE, Walden H. Types of Ubiquitin Ligases. Cell. 2016; 165(1):248- e1.

本文完