這一綜合表述強(qiáng)調(diào)了甲基轉(zhuǎn)移酶（“寫入器”）、去甲基化酶（“擦除器”）和結(jié)合蛋白（“閱讀器”）在RNA修飾中的關(guān)鍵作用，以及它們在生理學(xué)和疾病中的影響。

N6-甲基腺苷（m6A）的發(fā)現(xiàn)和普遍性
N6-甲基腺苷，或稱m6A，最早發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，至今仍是研究最廣泛的RNA修飾。作為真核生物mRNA中最多的甲基化修飾，m6A已經(jīng)在廣泛的生物體中被觀察到：酵母、植物、昆蟲、哺乳動物，甚至是病毒。在哺乳動物中，這種表觀遺傳修飾存在于許多不同的組織中，在大腦、腎臟和肝臟中表達(dá)最高。它參與不同的生理過程，包括干細(xì)胞分化、細(xì)胞分裂、配子發(fā)育和生物節(jié)律，而m6A甲基化的異常已被證明與各種并發(fā)癥，如腫瘤、肥胖和不孕癥等有關(guān)。

m6A 甲基化的進(jìn)展
直到最近十幾年，科學(xué)家們才更好地了解了這種修飾的確切位置，它是如何隨時間變化的，以及它是如何被控制的。這一進(jìn)展是通過發(fā)現(xiàn)第一個RNA去甲基化酶--脂肪量和肥胖相關(guān)（FTO）蛋白[Jia 2011]，以及RNA甲基化免疫沉淀和高通量測序等技術(shù)進(jìn)步而取得的，這些技術(shù)使研究人員能夠準(zhǔn)確繪制m6A在整個轉(zhuǎn)錄組中的分布。

m6A RNA修飾的增加、刪除和功能
m6A是在腺苷殘基的氮-6位置以化學(xué)方式添加一個甲基后形成的。它是一種可逆的修飾，主要發(fā)生在一個高度保守的mRNA序列的A上，稱為RRACH模體，其中R可以是G或A（更傾向于G），H可以是U、A或C（更傾向于U）[Harper 1990]。m6A RNA甲基化是由三種主要的生物分子調(diào)節(jié)的：甲基轉(zhuǎn)移酶，或稱 "寫入器"；去甲基化酶，或稱 "擦除器"；以及結(jié)合蛋白，或稱 "閱讀器"，它們與m6A修飾的RNA相互作用，引起一系列的生物功能（圖1）。

圖1：lncRNA ZNRD1-AS1 promotes malignant lung cell proliferation, migration, and angiogenesis via the miR-942/TNS1 axis and is positively regulated by the m⁶A reader YTHDC2

m6A寫入器
催化m6A RNA形成的甲基化酶是一個多組分復(fù)合物，由核心亞單位類甲基轉(zhuǎn)移酶3（METTL3）、METTL14和Wilms tumor 1-associating protein（WTAP）以及補(bǔ)充組分組成，包括vir like m6A methyltransferase associated（VIRMA）、RNA binding motif protein 15（RBM15）和RBM15B。METTL3能與甲基供體S-腺苷甲硫胺酸（SAM）結(jié)合并催化m6A的形成[Bokar 1997]。它與METTL14形成穩(wěn)定的復(fù)合物，產(chǎn)生的異源二聚體隨后可以與WTAP結(jié)合，使甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物在細(xì)胞核內(nèi)定位[Ping 2014]。據(jù)報道，VIRMA、RBM15和RBM15B都與WTAP相互作用，并將該復(fù)合物招募到靶RNAs上[Patil 2016；Yue 2018]。

m6A擦除器
m6A去甲基化酶FTO和alkB homolog 5（ALKBH5）[Zheng 2013]可以通過去除RNA分子中的甲基基團(tuán)來逆轉(zhuǎn)m6A的甲基化過程。通過FTO介導(dǎo)的氧化脫甲基作用，m6A以階梯式的方式轉(zhuǎn)化為N6-羥甲基腺苷（hm6A），隨后轉(zhuǎn)化為N6-?；佘眨╢6A），最后又還原為A（圖2）[Fu 2013]。在ALKBH5對m6A進(jìn)行去甲基化的過程中是否會產(chǎn)生這樣的中間產(chǎn)物需要進(jìn)一步調(diào)查[Toh 2020]。

圖2：m6a修飾是可逆的過程。

m6A閱讀器
m6A的生物功能主要涉及通過與m6A結(jié)合蛋白的相互作用對RNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)。特別值得注意的是YT521-B同源性（YTH）N6-甲基腺苷RNA結(jié)合蛋白（YTHDF1-3，YTHDC1-2）和異質(zhì)核糖核酸蛋白（HNRNPA2B1，HNRNPC，HNRNPG）。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過這些所謂的 "閱讀器"，m6A幾乎影響了核糖核酸生物學(xué)的每一個方面：結(jié)構(gòu)、剪接、定位、翻譯、穩(wěn)定性和周轉(zhuǎn)[Zaccara 2019]。

YTHDF1通過促進(jìn)RNA與核糖體結(jié)合促進(jìn)m6A-mRNA的翻譯[Wang 2015]。YTHDF2介導(dǎo)m6A修飾的RNA的降解，包括mRNA和一些長非編碼RNA[Wang 2014]。YTHDF3增強(qiáng)YTHDF1和YTHDF2與各自RNA底物的相互作用，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成或RNA的降解[Shi 2017]。YTHDC1調(diào)節(jié)替代剪接和含m6A的mRNA的核出口[Xiao 2016；Roundtree 2017]，而YTHDC2豐富了修飾轉(zhuǎn)錄物的翻譯效率。HNRNPA2B1、HNRNPC和HNRNPG都被確定為以m6A依賴的方式調(diào)節(jié)替代剪接[Alarcón 2015; Liu 2015; Liu 2017]。除了在RNA新陳代謝中的核心作用外，m6A還是其他生理過程的一個因素，如細(xì)胞分化、免疫、炎癥和晝夜節(jié)律鐘[Hasting 2013]。異常的m6A甲基化已被牽涉到不同的病癥：糖尿病、肥胖癥、神經(jīng)退行性疾病和癌癥等。舉例來看，最近在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的m6A甲基化酶 "寫入器 "及其相關(guān)的去甲基化酶 "清除器"揭示了m6A修飾的可逆性，為m6A失調(diào)相關(guān)疾病提供了潛在的治療目標(biāo)。繼續(xù)研究闡明m6A RNA甲基化機(jī)制的動態(tài)，及其各種組成部分，以及這些組成部分之間的相互作用，無疑將為新療法的設(shè)計和開發(fā)提供思路。

參考文獻(xiàn)：

• Alarcón CR, Goodarzi H, Lee H, Liu X, Tavazoie S, Tavazoie SF. HNRNPA2B1 Is a Mediator of m(6)A-Dependent Nuclear RNA Processing Events. Cell. 2015;162(6):1299-1308. doi:10.1016/j.cell.2015.08.011
• Bokar JA, Shambaugh ME, Polayes D, Matera AG, Rottman FM. Purification and cDNA cloning of the AdoMet-binding subunit of the human mRNA (N6-adenosine)-methyltransferase. RNA. 1997;3(11):1233-1247.
• Fu Y, Jia G, Pang X, et al. FTO-mediated formation of N6-hydroxymethyladenosine and N6-formyladenosine in mammalian RNA. Nat Commun. 2013;4:1798. doi:10.1038/ncomms2822
• Harper JE, Miceli SM, Roberts RJ, Manley JL. Sequence specificity of the human mRNA N6-adenosine methylase in vitro. Nucleic Acids Res. 1990;18(19):5735-5741. doi:10.1093/nar/18.19.5735
• Hastings MH. m(6)A mRNA methylation: a new circadian pacesetter. Cell. 2013;155(4):740-741. doi:10.1016/j.cell.2013.10.028
• Jia G, Fu Y, Zhao X, et al. N6-methyladenosine in nuclear RNA is a major substrate of the obesity-associated FTO [published correction appears in Nat Chem Biol. 2012 Dec;8(12):1008]. Nat Chem Biol. 2011;7(12):885-887. Published 2011 Oct 16. doi:10.1038/nchembio.687
• Liu N, Dai Q, Zheng G, He C, Parisien M, Pan T. N(6)-methyladenosine-dependent RNA structural switches regulate RNA-protein interactions. Nature. 2015;518(7540):560-564. doi:10.1038/nature14234
• Liu N, Zhou KI, Parisien M, Dai Q, Diatchenko L, Pan T. N6-methyladenosine alters RNA structure to regulate binding of a low-complexity protein. Nucleic Acids Res. 2017;45(10):6051-6063. doi:10.1093/nar/gkx141
• Patil DP, Chen CK, Pickering BF, et al. m(6)A RNA methylation promotes XIST-mediated transcriptional repression. Nature. 2016;537(7620):369-373. doi:10.1038/nature19342
• Ping XL, Sun BF, Wang L, et al. Mammalian WTAP is a regulatory subunit of the RNA N6-methyladenosine methyltransferase. Cell Res. 2014;24(2):177-189. doi:10.1038/cr.2014.3
• Roundtree IA, Luo GZ, Zhang Z, et al. YTHDC1 mediates nuclear export of N6-methyladenosine methylated mRNAs. Elife. 2017;6:e31311. Published 2017 Oct 6. doi:10.7554/eLife.31311
• Shi H, Wang X, Lu Z, et al. YTHDF3 facilitates translation and decay of N6-methyladenosine-modified RNA. Cell Res. 2017;27(3):315-328. doi:10.1038/cr.2017.15
• Toh JDW, Crossley SWM, Bruemmer KJ, et al. Distinct RNA N-demethylation pathways catalyzed by nonheme iron ALKBH5 and FTO enzymes enable regulation of formaldehyde release rates. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020;117(41):25284-25292. doi:10.1073/pnas.2007349117
• Wang X, Lu Z, Gomez A, et al. N6-methyladenosine-dependent regulation of messenger RNA stability. Nature. 2014;505(7481):117-120. doi:10.1038/nature12730
• Wang X, Zhao BS, Roundtree IA, et al. N(6)-methyladenosine Modulates Messenger RNA Translation Efficiency. Cell. 2015;161(6):1388-1399. doi:10.1016/j.cell.2015.05.014
• Xiao W, Adhikari S, Dahal U, et al. Nuclear m(6)A Reader YTHDC1 Regulates mRNA Splicing [published correction appears in Mol Cell. 2016 Mar 17;61(6):925]. Mol Cell. 2016;61(4):507-519. doi:10.1016/j.molcel.2016.01.012
• Yue Y, Liu J, Cui X, et al. VIRMA mediates preferential m6A mRNA methylation in 3'UTR and near stop codon and associates with alternative polyadenylation. Cell Discov. 2018;4:10. Published 2018 Feb 27. doi:10.1038/s41421-018-0019-0
• Zaccara S, Ries RJ, Jaffrey SR. Reading, writing and erasing mRNA methylation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019;20(10):608-624. doi:10.1038/s41580-019-0168-5
• Zheng G, Dahl JA, Niu Y, et al. ALKBH5 is a mammalian RNA demethylase that impacts RNA metabolism and mouse fertility. Mol Cell. 2013;49(1):18-29. doi:10.1016/j.molcel.2012.10.015

m6A RNA甲基化相關(guān)試劑盒

m6A相關(guān)抗體