Science解析神秘的mRNA甲基化

早在四十年前，人们就发现信使RNA上存在着腺嘌呤上的甲基化修饰（m6A）。这种m6A修饰非常普遍，出现频率大约是3-5个残基/mRNA。不过当时人们并不清楚这种修饰有何功能。近年来，科学家们逐渐解开了这种mRNA甲基化的神秘面纱，本期Science杂志发文对此进行了介绍。

2011年研究者们发现，一种被称为FTO（fat mass and obesity-associated protein）的酶能够催化m6A去甲基化。这说明至少有一些m6A修饰是可逆的，而且可能受到了动态调控。随后，一系列描述m6A功能的文章陆续出现，不过这些研究并没有形成一个完整的体系。

2012年两项RNA“甲基化组”研究，鉴定了整个转录组中发生了m6A修饰的mRNA。研究指出，约有7000个mRNA出现了m6A修饰。这些甲基化位点大多出现在一致性序列Pu[G>A]m6AC[A/C/U]，不过符合要求的位点中只有10%真正被甲基化。虽然这两项研究的结果并不完全一致，都显示m6A在人类和小鼠的转录组中非常保守，这说明这种修饰很可能具有重要的功能。此外研究者们还发现，m6A甲基化酶的减少，会导致剪切模式大规模改变。

近来还有研究者发现，通过减少m6A甲基化酶来抑制甲基化会扰乱生物钟，使生物钟周期延长。而过表达这种甲基化酶会使周期缩短。研究显示，当m6A甲基化被抑制时，细胞核的mRNA输出受到延迟。此外细胞中还出现了广泛的mRNA稳定化，特别是与生物钟有关的蛋白编码mRNA。

另一些研究者检测了RNA去甲基化酶缺失的影响。作为首个被发现的m6A去甲基化酶，FTO属于一类催化大量氧化反应的酶家族。研究者们对这些酶进行系统性分析，发现该家族中的另一个成员ALKBH也是一种m6A去甲基化酶。FTO和ALKBH5都位于细胞核的核斑（nuclear speckle）中，这里是剪切因子的聚集地。人们推测，m6A甲基化对剪切的影响与上述定位有关。研究显示，在体外培养的细胞中抑制ALKBH5，会影响约3000个mRNA亚型。此外，ALKBH5缺陷型小鼠虽然表面上可以正常长大。但缺乏这种去甲基化酶的雄性小鼠是不育的。

上述研究表明，至少存在一种以上的因子负责识别m6A。在最近的一项研究中，研究者们鉴定了特异性识别m6A的RNA结合蛋白YTHDF2。他们发现，YTHDF2的结合大量出现在甲基化的mRNA上。此外，核糖体图谱（ribosome profiling）和免疫荧光技术显示，YTHDF2的结合导致mRNA从翻译中的核糖体转移到细胞质的P-body，并在那里被降解。而且mRNA的降解程度与其甲基化位点数有关。研究显示，抑制YTHDF2可以增加目标转录本的稳定性。

尽管这些研究为人们展示了m6A修饰的分布和重要性，但仍有一些基础问题未能得到解决。其中一个首要的问题就是，细胞如何实现这种修饰的特异性。很明显，序列一致性还不足以回答这个问题，二级结构好像也没什么关系。不过如果甲基化是与转录同步的，那么可能染色质状态会对修饰位点的选择起到某种作用。另外，人们也还未能明确m6A在细胞核RNA代谢中的具体功能。可能细胞核中的因子可以识别这种修饰，也可能这种修饰阻止或改变了一些蛋白的结合。而且去甲基化酶FTO的重要性也有待进一步研究。