2021年4月m6A RNA甲基化高分文章集锦

原创上海天昊生物

2021年4月m6A RNA甲基化领域发表了多项重量级研究成果：包括在肿瘤、肾脏疾病、衰老、免疫等多个疾病应用方向，尤其是Nature报道了METTL3首创抑制剂在AML中的高效应用。

Nature杂志于4月26日在线发表了剑桥大学关于METTL3分子抑制剂的最新研究成果。

m6A修饰主要由METTL3-METTL14甲基转移酶复合物催化。m6A写入蛋白METTL3与急性髓系白血病（AML）的发生和维持有关，但其真正的治疗重要性尚不清楚。本文介绍了一种METTL3高效、选择性的首创催化抑制剂STM2457的鉴定和表征及其绑定METTL3/METTL14的共晶结构。STM2457治疗导致AML生长减少，分化和凋亡增加。这些细胞效应伴随着已知的白血病mRNA上m6A水平的选择性降低，以及与翻译缺陷相一致的表达降低。研究人员发现，在各种AML小鼠模型中，METTL3的体内药理学抑制可导致移植受损并延长存活时间，特别是针对AML的关键干细胞亚群。综上所述，这些结果揭示了METTL3的抑制作为AML的潜在治疗策略，并证明了靶向RNA修饰酶是一种很有前途的抗癌新途径的概念验证。

清华大学徐萌团队、中科院北京基因组研究所韩大力团队、中科院上海药物研究所杨财广团队合作在Cell Metabolism报道了肿瘤利用FTO介导的糖酵解代谢调控来逃避免疫监视。

越来越多的理解促成免疫逃逸的复杂因素和调节层面，有助于促进免疫治疗的发展。然而，恶性肿瘤的多样性限制了特定遗传和表观遗传背景下许多已知的机制，这表明需要发现一般的驱动基因。这项研究鉴定了m6A去甲基化酶FTO作为肿瘤通过糖酵解代谢调控来逃避免疫监视的一个必要的表观转录组调控因子。研究发现，肿瘤细胞中FTO介导的m6A去甲基化可以提高转录因子c-Jun、JunB和C/EBPβ，从而重新构建糖酵解代谢。敲除Fto会降低肿瘤细胞的糖酵解活性，从而恢复CD8+T细胞的功能，进而抑制肿瘤生长。此外，团队还开发了一种小分子化合物Dac51，它可以抑制FTO的活性，阻断FTO介导的免疫逃逸，并与检查点阻断协同以更好地控制肿瘤，这表明重编程RNA表观转录组是一种潜在的免疫治疗策略。

常染色体显性多囊肾病（ADPKD）是一种常见的单基因疾病，以大量进行性增大的肾囊肿为特征。Mettl3是一种甲基转移酶，可以催化丰富的m6A RNA修饰，与发育有关，但其在大多数疾病中的作用尚不清楚。这项研究发现小鼠和人类ADPKD样本中Mettl3和m6A水平升高，并且肾脏特异性转基因Mettl3表达产生管状囊肿。相反，在三个同源ADPKD小鼠模型中，Mettl3的缺失会减缓囊肿的生长。有趣的是，在ADPKD模型中甲硫氨酸和S-腺苷甲硫氨酸（SAM）水平也升高。此外，甲硫氨酸和SAM诱导Mettl3的表达，加重了体外囊肿的生长，而限制甲硫氨酸饮食则减弱了小鼠ADPKD。最后，Mettl3通过增强的c-Myc和Avpr2 mRNA的m6A修饰和翻译，激活促进囊肿的c-Myc和cAMP通路。因此，Mettl3促进ADPKD，并将甲硫氨酸的利用与表观转录组学激活增殖和囊肿生长联系起来。

甲基转移酶样3 (METTL3)和14 (METTL14)是催化信使RNA m6A修饰的甲基转移酶复合物的核心亚基。尽管甲基转移酶复合物中依赖m6A的功能越来越多，但METTL3和METTL14复合物中独立于m6A的功能仍然鲜为人知。这项研究发现METTL3和METTL14基因组范围的重新分配以m6A独立的方式转录驱动衰老相关分泌表型(SASP)。METTL14被重新分配到增强子中，而METTL3在衰老过程中定位于SASP基因启动子中已存在的NF-κB位点。METTL3和METTL14是SASP所必需的。然而，SASP不受m6A mRNA修饰的调控。METTL3和METTL14在小鼠模型体内由SASP介导的衰老细胞促肿瘤和免疫监视功能中都是必需的。总之，这些研究结果报告了METTL3和METTL14复合物在衰老过程中不依赖于m6A修饰转录促进SASP的功能。

m6A RNA修饰与多种细胞反应有关。然而，人们对其在先天免疫细胞中的功能知之甚少。在这项研究中，研究人员以RNA结合蛋白聚焦的CRISPR筛选中确定了主要的m6A写蛋白作为通过LPS调节巨噬细胞激活的首选候选基因。已经证实Mettl3缺陷的巨噬细胞在体外LPS刺激下表现出TNF-α的产生减少。一致地，Mettl3^flox/flox，Lyzm-Cre小鼠展现出对细菌感染的易感性增加，肿瘤生长速度加快。机制上，Irakm基因编码TLR4信号负调控因子的转录本被m6A修饰。METTL3缺失导致Irakm mRNA上m6A修饰缺失并减缓其降解，导致IRAKM水平升高，最终抑制TLR信号介导的巨噬细胞激活。这项研究结果表明，METTL3介导的m6A修饰在先天免疫应答中发挥了此前未知的作用，并暗示m6A机制可能是一种潜在的癌症免疫治疗靶点。

研究人员发现FTO作为一种m6A RNA去甲基化酶，可通过选择性自噬降解，而这一过程可被低水平砷暴露破坏，从而促进肿瘤发生。研究发现在砷相关的人体皮肤病变中，FTO上调，而m6A RNA甲基化下调。在角质细胞中，慢性相关低水平砷暴露上调FTO，下调m6A RNA甲基化，并诱导恶性转化和肿瘤发生。FTO缺失抑制砷诱导的肿瘤发生。此外，在小鼠中，表皮特异性FTO缺失可防止砷和UVB照射诱导的皮肤肿瘤发生。以FTO为靶点在基因或药物上可以抑制砷转化肿瘤细胞的致瘤性。研究鉴定了NEDD4L为FTO的m6A修饰靶基因。最后，砷通过抑制p62介导的选择性自噬来稳定FTO蛋白。FTO的上调反过来可以抑制自噬，导致一个正反馈回路来维持FTO的积累。这一研究揭示了FTO介导的mRNA m6A甲基化的异常调控作为一种表观转录机制来促进砷的致瘤性。

m6A是真核生物mRNA中最普遍的修饰，许多生物学过程是由这个关键的转录后标记调控的，如基因表达、RNA稳定性、RNA结构和翻译。最近，各种实验技术和计算方法被开发来表征转录组范围m6A修饰的图谱，以了解其在mRNA调控中的潜在机制和功能。然而，实验技术通常是昂贵的和费时的，而现有的计算模型通常只设计用于单一物种的m6A位点预测，在准确性、可解释性和普遍性方面有显著的局限性。这项研究中，作者提出了一个高度可解释的计算框架，称为MASS，基于多任务课程学习策略，以同时捕获跨多个物种的m6A特征。大量的计算实验表明，与先进的预测方法相比MASS性能优越。此外，MASS捕获的m6A的上下文序列特征可以用已知的相关RNA结合蛋白的关键结合基序来解释，这也有助于阐明不同物种间m6A特征的相似性和差异性。此外，基于预测的m6A特征，作者进一步描述了m6A与多种基因调控特性的关系，包括基因表达、RNA稳定性、翻译、RNA结构和组蛋白修饰。总之，MASS可以作为表征m6A修饰和研究其调控机制的有用工具。MASS的源代码可从https://github.com/mlcbthu/ MASS下载。

染色体相关调节RNA（carRNAs），包括重复RNAs上的m6A修饰在染色质状态和转录调控中发挥重要作用，但其内在机制尚不清楚。这一研究报道了YTHDC1在小鼠胚胎干细胞（ESCs）的自我更新和分化能力中扮演着不可或缺的角色，而这在很大程度上依赖于m6A的结合能力。Ythdc1是ESCs中充分合成rRNA和抑制2细胞（2C）转录程序所必需的，其概括了LINE1支架对转录组的调控。详细分析显示，YTHDC1能够识别细胞核中LINE1 RNA上的m6A，并调控LINE1-NCL伙伴关系的形成和KAP1染色质的招募。此外，在Ythdc1缺失的ESCs和内细胞群（ICM）细胞中，H3K9me3在2C相关逆转录转座子上的建立被中断，从而增加转录活性。这项研究揭示了m6A在调控RNA支架中的作用，为RNA-染色质交流提供了一个新的模型。

m6A修饰是真核生物RNAs中最普遍的修饰，大量研究表明m6A的异常表达在癌症中起重要作用。HNRNPA2B1是一个m6A解读器，它与新生RNA结合，从而精巧地影响复杂的RNA代谢。尽管已知HNRNPA2B1在多种肿瘤中异常调控并促进肿瘤生长，但HNRNPA2B1在多发性骨髓瘤（MM）中的作用仍不明确。该研究分析了HNRNPA2B1在MM中的功能和调控机制，发现HNRNPA2B1在MM患者中升高，并与良好的预后呈负相关。HNRNPA2B1在MM细胞中缺失后，可抑制细胞增殖并诱导细胞凋亡。相反，HNRNPA2B1的过表达在体内外均能促进细胞增殖。机制研究表明，HNRNPA2B1能够识别ILF3的m6A位点，增强ILF3 mRNA转录本的稳定性，而siRNA下调AKT3可以抑制过表达HNRNPA2B1诱导的细胞增殖。此外，免疫组化检测HNRNPA2B1、ILF3和AKT3在MM组织中的表达呈正相关。综上所述，本研究提示HNRNPA2B1可能通过ILF3依赖模式介导的调控AKT3表达成为MM的治疗靶点。

异常的选择性剪接和m6A甲基化在胰腺癌（PC）的发生发展中都发挥了复杂的作用，但这两种RNA调控机制之间的关系尚不清楚。这项研究发现CLK1在胰腺导管癌（PDAC）组织中的表达在mRNA和蛋白水平上均显著增加。高CLK1表达与不良预后相关。体内外CLK1表达升高促进了PC细胞的生长和转移。机制上，CLK1增强了SRSF5^250-Ser的磷酸化，其抑制METTL14^exon10跳读，而促进Cyclin L2^exon6.3跳读。此外，异常的METTL14^exon10跳读提高了m6A修饰水平和转移，而异常的Cyclin L2^exon6.3促进了PDAC细胞的增殖。CLK1/SRSF5通路诱导METTL14和Cyclin L2异常外显子跳读，促进生长和转移，调节PDAC细胞m6A甲基化。本研究提示该通路在PDAC患者中具有潜在的预后价值和治疗靶向性。

南京医科大学公共卫生学院陈峰和魏永越教授团队合作揭示了泛癌种中m6A调控因子及相互作用的RNA分子特征。

m6A是一种RNA修饰，可与多种编码和非编码RNA相互作用，在癌症的发生发展中发挥重要作用。尽管如此，由于大多数研究只关注一种癌症类型，m6A相互作用基因对多个癌种的临床影响在很大程度上仍不清楚。这项研究全面评估了9804个泛癌种样本中m6A的修饰模式，包括23个m6A调控因子和83个交互编码和非编码RNA。作者使用聚类分析来识别m6A亚型，并基于无监督方法构建了m6A特征。利用这些特征来识别整个基因组中潜在的m6A修饰靶点。来自6个外部数据集的3,444个样本进一步验证了一个靶点的预后价值。研究发现了三种不同的m6A修饰亚型，它们具有不同的肿瘤微环境细胞浸润程度：免疫、中间型和肿瘤增殖型。在27种癌症类型中，它们与24种癌症的总生存率显著相关。该研究构建的个体水平的m6A特征与生存、肿瘤突变负荷和经典通路相关。通过这一特征，鉴定了114个新基因作为潜在的m6A靶点。BCL9L是一个癌基因，在Wnt信号通路中与m6A模式相互作用。综上所述，m6A调控因子及其相互作用的基因影响各种癌症的结局。评估m6A亚型和单个肿瘤的特征可以为辅助治疗的设计提供参考。

华中科技大学同济医学院附属协和医院泌尿外科章小平教授和蒋国松教授团队在Molecular Cancer杂志报道circRNA如何与IGF2BP1相互作用影响膀胱癌进展。

CircRNAs已被发现通过多种机制对膀胱癌（BC）的进展有重要影响。本研究旨在识别调控IGF2BP1（m6A关键解读器）功能的新型环状RNA，并探讨其在BC中的调控机制及临床意义。研究发现在BC细胞质中，IGF2BP1主要与circPTPRA结合。circPTPRA异常表达可抑制IGF2BP1诱导的BC细胞增殖、迁移和侵袭。重要的是，circPTPRA通过与IGF2BP1相互作用，下调IGF2BP1对MYC和FSCN1表达的调控。此外，circPTPRA通过与IGF2BP1的KH域相互作用，部分干扰了IGF2BP1对m6A修饰RNA的识别。本研究发现外显子环状的circPTPRA是一种新的肿瘤抑制因子，其通过内源性阻断IGF2BP1对m6A修饰RNA的识别来抑制肿瘤进展，提示circPTPRA可作为一种可开发的BC患者治疗靶点。

m6A RNA甲基化是哺乳动物mRNA中最普遍的内部修饰，通过调节重要的细胞过程发挥重要的生物学作用。由于m6A调控蛋白的异常表达导致的m6A修饰的异常调控在许多病理条件下经常被观察到，特别是在癌症中。正常细胞通过复杂的机制激活或调节不同的致癌信号通路，从而发生恶性转化。越来越多的证据表明，在表观转录组水平调控致癌信号通路增加了额外的复杂性。特别是最近的研究表明，在许多类型的癌症中，各种致癌信号通路是由靶mRNA中的m6A修饰以及非编码RNA转录本调控的。这些RNA分子中的m6A修饰通过调节其稳定性、翻译或亚细胞定位来控制其命运和代谢。在这篇综述中，作者讨论了最近在癌症中由m6A RNA修饰和/或其调节因子调控的致癌信号通路的令人兴奋的研究，并为进一步的研究提供了展望。m6A修饰对致癌信号通路的调控及其调控因子也使其成为治疗癌症的潜在药物靶点。

中山大学药学院万国辉教授课题组揭示低氧环境肝癌进展新机制！

缺氧是肿瘤微环境（TME）的共同特征，它通过肿瘤和基质细胞中大量的细胞活性促进肿瘤进展、转移和治疗性耐药。虽然靶向低氧TME是治疗实体肿瘤的一种有前途的策略，但在肝细胞癌（HCC）的研究中缺乏这种方法的临床前发展。通过全基因组CRISPR/Cas9基因敲除筛选，作者发现醛缩酶A（ALDOA）是糖酵解和糖异生的关键酶，是缺氧条件下HCC细胞生长的重要驱动因素。在HCC细胞中ALDOA敲低导致乳酸消耗，从而抑制肿瘤生长。补充乳酸可以部分挽救ALDOA敲低介导的抑制作用。缺氧时，HIF-1α和FTO介导的m6A修饰分别通过转录和转录后调控诱导ALDOA。TCGA分析显示ALDOA水平升高与HCC患者预后不良显著相关。在FDA批准的基于结构化分层虚拟平台的药物筛选中，研究人员确定了磺胺间甲氧嘧啶衍生物cpd-5作为靶向ALDOA的潜在抑制剂，证据是cpd-5在临床前肝癌患者来源的异种移植模型中的抗肿瘤活性。因此，这项研究确定ALDOA是缺氧条件下HCC细胞生长的重要驱动因素，并证明在缺氧TME中抑制ALDOA是治疗HCC的一种有前途的治疗策略。

HBV-pgRNA被提出用于预测核苷类似物（NAs）治疗的反应，指导NAs治疗的停止和监测病毒突变的出现。然而，HBV-pgRNA对HCC的作用仍在很大程度上未知。双中心队列的未检测到血清HBV-DNA（低于检测下限）的血清样本来自长期接受NAs治疗（至少48周）的HBV相关HCC患者。分析血清pgRNA浓度与肝癌预后的相关性。pgRNA在肝癌发展中所起的作用在体内和体外都得到了评估。研究发现，对于长期接受NAs治疗且血清HBV-DNA检测不出的患者，肝切除术后血清pgRNA高表达的患者总生存率较差，累积复发率较高。实验证明pgRNA能促进肝癌细胞的增殖、干性和致瘤性。在机制上，发现pgRNA可以在转录后水平上调IGF2BP3的表达，IGF2BP3是一种已被证实的癌蛋白。此外，IFN-α-2a可以通过增加pgRNA m6A RNA修饰来降低pgRNA的稳定性。总之，这项研究发现，血清pgRNA可以作为预测长期接受NAs治疗的HBV-DNA检测不出来的患者HCC预后和复发的潜在生物标志物；而pgRNA-IGF2BP3轴在HBV相关HCC的发生发展中起重要作用。此外，IFN-α-2a可以通过增加pgRNA的m6A RNA修饰水平来降低pgRNA的稳定性，从而抑制HBV相关HCC的发生。总之该研究揭示了HBV-pgRNA增加干性特征的意义和机制，并为HBV相关HCC提供了潜在的预后标志物和治疗靶点。

天昊生物具有多年基因组、转录组和表观组等多组学检测与分析的经验，m6A RNA甲基化作为表观领域的一大热点，天昊生物自主设计了m6A调控因子（writers/erasers/readers）差异表达分析检测panel，还可以提供m6A修饰整体水平定量检测，并结合MeRIP-seq和RNA-seq挖掘受m6A调控因子影响的下游靶点，同时可对相关的靶点进行MeRIP-qPCR验证。生信团队亦可提供个性化的m6A数据库挖掘与生信分析内容。

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