Science解析神秘的mRNA甲基化
日期：2014-03-17 09:05:44
早在四十年前，人們就發現信使RNA上存在著腺嘌呤上的甲基化修飾（m6A）。這種m6A修飾非常普遍，出現頻率大約是3-5個殘基/mRNA。不過當時人們并不清楚這種修飾有何功能。近年來，科學家們逐漸解開了這種mRNA甲基化的神秘面紗，本期Science雜志發文對此進行了介紹。
2011年研究者們發現，一種被稱為FTO（fat mass and obesity-associated protein）的酶能夠催化m6A去甲基化。這說明至少有一些m6A修飾是可逆的，而且可能受到了動態調控。隨后，一系列描述m6A功能的文章陸續出現，不過這些研究并沒有形成一個完整的體系。
2012年兩項RNA“甲基化組”研究，鑒定了整個轉錄組中發生了m6A修飾的mRNA。研究指出，約有7000個mRNA出現了m6A修飾。這些甲基化位點大多出現在一致性序列Pu[G>A]m6AC[A/C/U]，不過符合要求的位點中只有10%真正被甲基化。雖然這兩項研究的結果并不完全一致，都顯示m6A在人類和小鼠的轉錄組中非常保守，這說明這種修飾很可能具有重要的功能。此外研究者們還發現，m6A甲基化酶的減少，會導致剪切模式大規模改變。
近來還有研究者發現，通過減少m6A甲基化酶來抑制甲基化會擾亂生物鐘，使生物鐘周期延長。而過表達這種甲基化酶會使周期縮短。研究顯示，當m6A甲基化被抑制時，細胞核的mRNA輸出受到延遲。此外細胞中還出現了廣泛的mRNA穩定化，特別是與生物鐘有關的蛋白編碼mRNA。
另一些研究者檢測了RNA去甲基化酶缺失的影響。作為首個被發現的m6A去甲基化酶，FTO屬于一類催化大量氧化反應的酶家族。研究者們對這些酶進行系統性分析，發現該家族中的另一個成員ALKBH也是一種m6A去甲基化酶。FTO和ALKBH5都位于細胞核的核斑（nuclear speckle）中，這里是剪切因子的聚集地。人們推測，m6A甲基化對剪切的影響與上述定位有關。研究顯示，在體外培養的細胞中抑制ALKBH5，會影響約3000個mRNA亞型。此外，ALKBH5缺陷型小鼠雖然表面上可以正常長大。但缺乏這種去甲基化酶的雄性小鼠是不育的。
上述研究表明，至少存在一種以上的因子負責識別m6A。在最近的一項研究中，研究者們鑒定了特異性識別m6A的RNA結合蛋白YTHDF2。他們發現，YTHDF2的結合大量出現在甲基化的mRNA上。此外，核糖體圖譜（ribosome profiling）和免疫熒光技術顯示，YTHDF2的結合導致mRNA從翻譯中的核糖體轉移到細胞質的P-body，并在那里被降解。而且mRNA的降解程度與其甲基化位點數有關。研究顯示，抑制YTHDF2可以增加目標轉錄本的穩定性。
盡管這些研究為人們展示了m6A修飾的分布和重要性，但仍有一些基礎問題未能得到解決。其中一個首要的問題就是，細胞如何實現這種修飾的特異性。很明顯，序列一致性還不足以回答這個問題，二級結構好像也沒什么關系。不過如果甲基化是與轉錄同步的，那么可能染色質狀態會對修飾位點的選擇起到某種作用。另外，人們也還未能明確m6A在細胞核RNA代謝中的具體功能。可能細胞核中的因子可以識別這種修飾，也可能這種修飾阻止或改變了一些蛋白的結合。而且去甲基化酶FTO的重要性也有待進一步研究。
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