m6A甲基化:腫瘤中的「雙刃劍」

2021-01-21 邁維代謝


在生物體中已經鑑定出100多種RNA的化學修飾,包括mRNA,rRNA,tRNA,snRNA和snoRNA。其中,m6A是大多數真核生物mRNA中最豐富的修飾並涉及RNA生命周期的幾乎所有階段,包括RNA轉錄、翻譯和降解。m6A在哺乳動物中分離出的RNA中約有0.1–0.4%的腺苷被修飾。整個轉錄組研究表明,m6A修飾可能影響哺乳動物細胞各個轉錄組中的7000多個mRNA。m6A修飾富集在mRNA終止密碼子附近的3' UTR,並具有RRACH的共有序列(R = G或A;H = A,C或U)(圖1)。在大多數真核物種(從酵母,植物和果蠅到哺乳動物)和病毒mRNA中,高度保守的m6A廣泛存在,並且在轉錄後mRNA加工和代謝中起著關鍵的調節作用。一些lncRNA也接受m6A修飾。


真核mRNA轉錄本的常見化學修飾示意圖



與DNA和組蛋白甲基化相似,m6A修飾是動態且可逆的,並發揮主要由「writers」、「erasers」和「reader」蛋白質介導的生物學效應(圖2)。可逆性是指RNA可以在甲基轉移酶的作用下甲基化,而在脫甲基酶的作用下脫甲基。


長期以來,「writers」由METTL3和METTL14蛋白質和它們的輔因子WTAP(腎母細胞瘤抑制基因-1相關蛋白)組成。METTL3和METTL14包含一個S-腺苷甲硫氨酸結合基序。METTL3和METTL14共同位於核斑點中,並以1:1的比例形成穩定的複合物。METTL3是一種主要的催化酶,其功能讓人聯想到N 6-腺嘌呤甲基轉移酶系統。METTL14是一種偽甲基轉移酶可穩定METTL3並識別靶RNA。WTAP是m6A甲基化複合物的主要調控成分。WTAP與METTL3和METTL14相互作用,並幫助它們定位在核斑中。「writers」還包括甲基轉移酶樣16(METTL16),KIAA1429和RBM15。


脫甲基也就是除去甲基,也很重要。脫甲基化是通過另一個稱為脫甲基酶(「erasers」)的酶家族實現的,主要包括FTO和ALKBH5。FTO可以將m6A依次氧化為N 6-羥甲基水楊酸和N 6-甲醯腺苷,然後水解為腺嘌呤。


除了「writers」和「erasers」,另一個重要的群體是「reader」,他們可以識別這些修飾,並與它們結合,並執行不同的生物學功能。「reader」可以被包含YT521B同源性(YTH)域的蛋白質識別。人類細胞中的YTH結構域,包括YTH結構域家族(YTHDF1-3),含YTH結構域1(YTHDC1)和含YTH結構域2(YTHDC2),保守6結合結構域,優先結合RRm6ACH共有序列中的m6A修飾的RNA。


此外,IGF2BP1-3是普通「reader」。YTHDF2是m6A讀取器的第一個特徵,可導致將結合的mRNA定位於RNA的衰變位點。最初證明,YTHDF1 與終止密碼子周圍的m6A位點結合,並通過與翻譯起始因子eif3相互作用而提高RNA翻譯效率。



m6A甲基化的機制


m6A與癌症的進展密切相關,包括腫瘤的發生,轉移和血管生成。越來越多的證據表明:m6A在癌症中起著雙重角色。一方面,m6A調節癌基因或抑癌基因的表達,從而影響癌症的進展。另一方面,可以調節m6A水平和m6A酶的表達和活性,從而影響m6A在癌症中的作用。



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m6A修飾在人類癌症中的作用



根據目前的研究,m6A如何通過調控靶基因影響癌症進展取決於三個因素

(1)目標基因是癌基因還是抑癌基因;

(2)癌症中異常的m6A水平(這取決於「writers」和「erasers」的表達或活性的變化);

(3)靶mRNA修飾後調控(由「reader」決定,「reader」對RNA的相應作用以及「reader」表達和功能的變化都取決於「reader」)。「reader」對靶mRNA的最終作用可分為兩種:正角色和負角色。前者是促進RNA的表達,而後者是抑制RNA的表達。




m6A對癌症的作用



越來越多的研究表明,m6A作為腫瘤的診斷,預後預測和治療評估的生物標誌物可能具有巨大潛力。目前尚不清楚癌症中m6A的具體機制,因為m6A甲基化具有一把雙刃劍的功能。


m6A的高表達水平可能導致某些腫瘤的發生,但缺乏m6A修飾可能導致其他腫瘤的進展:

(i)對於相同的腫瘤,由於所用研究樣品的差異,不同的研究人員在m6A表達水平上的結果不一致。

(ii)m6A在不同腫瘤中的表達具有不同的含義。

(iii)對於相同的腫瘤,相同的分子,結論可能完全不同。

(IV)對於相同的腫瘤,相同的分子,不同的研究人員對其下遊基因陳述了相反的結果,並提出了不同的機制。

鑑於m6A甲基化在多種消化道腫瘤中起重要作用,m6A修飾可作為診斷/預後目標。由於各種相關因素,許多研究人員的結果有時是矛盾的。這就需要更多的多中心、大規模研究來進一步探索,從而為準確治療人類腫瘤奠定基礎。

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