Nature综述|癌症中的RNA修饰“王炸天团”

最近国自然基金评审结果已经公布，我们不难发现“m6A甲基化修饰”表现依旧抢眼，看着别人高高兴兴地捧回了中标的标书，而自己的标书再次石沉大海，是不是内心有点失落呢?别慌，稳住，今天小编就带领大家一起解读一篇发表在顶刊nature reviews cancer（IF: 53.03）杂志上的综述“Role of RNA modifications in cancer”，看看除了m6A甲基化修饰外，RNA修饰“王炸天团”的其他成员们吧！高瞻远瞩，未雨绸缪，说不定下一个中标的就是你哦！

本综述主要讲述了与癌症相关的7种不同的RNA 内部修饰：

1）RNA上6位腺苷甲基化得到N6-甲基腺苷（m6A）；

2）RNA上5位胞苷残基甲基化得到5-甲基胞嘧啶（m5C）；

3）tRNA的1位腺苷甲基化得到N1-甲基腺苷（m1A）；

4）内部7­甲基鸟苷(m7G)；

5）RNA假尿苷化得到假尿苷；

6）腺苷到肌苷的RNA编辑；

7）tRNA的U34修饰。

图1|内部RNA修饰。重点介绍了具体的修饰基团和尿苷到假尿苷（Ψ）和腺苷到肌苷的转化

图2|七个转录后修饰在不同RNA亚型上的分布。显示了转录后修饰在不同RNA亚种内的分布：转移RNA（tRNA；a部分）；核糖体RNA（rRNA;b部分）;microRNA（miRNA）和miRNA前体（c部分）；mRNA和非编码RNA（ncRNA；d部分）

接下来，我们言归正传，逐一详细介绍RNA修饰“王炸天团”的成员们！

Part 1. RNA上6位腺苷甲基化得到N6-甲基腺苷（m6A）

RNA上6位腺苷甲基化修饰是最普遍、最丰富、最具特色的RNA甲基化修饰，这种修饰存在于mRNA、lincRNAs、pri-miRNA、rRNA等RNA中。m6A修饰主要通过甲基化酶复合物对甲基进行“书写”(Writer)、“擦除”(Eraser)或“阅读”(Reader)，进而对RNA发挥调控作用。有关m6A甲基化的详细介绍请阅读公众号前期推文“癌症中m6A与非编码RNA之间相互作用新见解”，本文中我们简单介绍m6A关键因子在癌症中的主要作用，见下图：

图3|.N6-甲基腺苷机制及其在癌症中的作用。a|S-腺苷甲硫氨酸（SAM）为METTL3-METTL14复合物甲基化提供甲基供体，FTO和ALKBH5可去除甲基化修饰。b|METTL3可通过mRNA的直接结合和易位到细胞质来直接促进翻译。c|microRNA（miRNA）的加工和成熟通常需要N6-甲基腺苷（m6A）甲基化。d|m6A的“读码器”识别并决定了m6A修饰对RNA的影响。e|METTL3可被招募到特定的基因组位点，用以共同转录修饰mRNA并调节其翻译

Part 2. RNA上5位胞苷残基甲基化得到5-甲基胞嘧啶（m5C）

m5C在rRNA，tRNA，mRNA，ncRNA和增强子RNA（eRNA）中均有分布，且不同RNA亚型中修饰的功能不同：tRNA中，m5C调节RNA结构和稳定性，这是翻译准确性所必需的；而在rRNA中，位置2278处甲基胞嘧啶的丢失则允许终止密码子的翻译通读；尽管已知mRNA可被m5C修饰，但是这种修饰的程度还是有争议的。因为使用不同技术在整个转录组中映射m5C的不同研究得出了截然不同的结论。

负责RNAm5C修饰的酶包括NOL1/NOP2/SUN域家族成员（NSUN）家族的7个成员，NSUN1至NSUN7和DNA甲基转移酶样2（DNMT2）。

①NSUN1和NSUN5修饰28SrRNA

②NSUN3和NSUN4分别修饰线粒体tRNA和rRNA

③NSUN2和DNMT2修饰细胞质tRNA

④NSUN7靶向eRNAs

⑤NSUN2还可以修vtRNA和mRNA。

其中，研究较为成熟的是NSUN1和NSUN2，NSUN1是一种增殖标志物，在肺癌和前列腺癌中被上调，与不良预后相关。NSUN2首先被发现是小鼠皮肤细胞中MYC的靶标，其耗竭削弱了MYC依赖性增殖。在同一项研究中，发现NSUN2在小鼠和人类皮肤鳞状细胞癌，人类结肠癌和乳腺癌中过表达。最近研究表明，NSUN2可通过食管鳞状细胞癌中NMR（也称为LINC01672）ncRNA的甲基化促进肿瘤进展。另外，有报道称NSUN2可以通过在膀胱癌中沉积m5C来增加致癌性mRNA的稳定性。尽管进行了这些研究，但尚不清楚NSUN2在癌症中的具体作用机制。

Part 3. tRNA的第1位腺苷甲基化得到N1-甲基腺苷（m1A）

m1A是tRNA的主要特征，同时在28SrRNA上也发现了m1A。与m5C一样，m1A在mRNA上的出现了相互矛盾的结果，因为整体修饰数量的不同研究得出不同的结论。

1）TRM6-TRM61复合物是唯一已知的可在mRNA上催化m1A的甲基转移酶，但这仅占mRNA上修饰的一小部分。研究表明，m6A读码器YTH蛋白家族，特别是YTHDF2可以与m1A低亲和力结合，并被认为是细胞中潜在的m1A读码器。如果得到验证，这将打开m6A和m1A修饰途径之间广泛串扰的可能性。

2）甲基转移酶10同源物A（TRMT10A;也称为TRM10）可以在tRNA催化生成m1A。

3）ALKBH1和ALKBH3可以从tRNA中清除m1A，而mRNA中唯一已知的m1A消码器是ALKBH3。研究证明ALKBH3通过tRNA的去甲基化促进癌细胞的增殖。此外，ALKBH3通过m1A去甲基化依赖的集落刺激因子1（CSF1）维持乳腺癌和卵巢癌侵袭。

Part 4.内部7-甲基鸟苷(m7G)

m7G首先被鉴定为mRNA的0型帽结构的一部分，同时也分布于rRNA和tRNA中，最近，在人类成熟的miRNA和miRNA前体以及mRNA的内部进行了检测，也发现了m7G。tRNA的m7G修饰保持其结构完整性，并由METTL1-WDR4复合体介导；rRNA上的m7G由Williams-Beuren综合征染色体22区蛋白（WBSCR22；也称为BUD23）介导，但其作用尚不完全清楚；在mRNA的5'UTR中富集内部m7G，发现其可以促进翻译，并且mRNA上的内部m7G是在压力条件下上调的动态修饰。

1）在人肺癌和结肠癌细胞中，METTL1可以使具有肿瘤抑制作用的pri-miRNA的特定子集（包括let-7e）甲基化，m7G是产生成熟miRNA并维持高水平的let-7e成熟所必需的。体外实验证明，METTL1的耗竭使癌细胞迁移潜力增加。

2）METTL1在不同条件下也可能是增殖的驱动力。有研究报道METTL1是人胶质母细胞瘤中的潜在驱动因子，该基因被特异性扩增并与不良预后相关。此外，METTL1对AML细胞的生存是必需的。最近在肝细胞癌中也报道了METTL1过表达，与肿瘤抑制因子PTEN的下调和不良预后有关。

3）此外，METTL1的表达可以诱导对5­氟尿嘧啶的耐药性，维持高水平的功能性tRNA可能是METTL1在癌细胞中的关键作用。

Part 5. RNA假尿苷化得到假尿苷

假尿苷是在人类细胞的总RNA中发现的最丰富的修饰。于50多年前首次被发现，存在于大多数类别的RNA，包括mRNA。在tRNA上，假尿苷可维持其结构和稳定性，并且它对于核糖体组装是必不可少的。研究表明，特定的RNA结构特征对于mRNA假尿苷化是必要的。在真核细胞中，有14种不同的假尿酸尿酸酶，但尚无这种修饰的消码器或读码器。这些酶中的13种属于伪尿苷合酶（PUS）家族，显示特定的细胞定位和RNA靶标。

1）PUS10是TNF相关凋亡诱导配体（TRAIL）诱导的p53前列腺癌细胞凋亡的介体，研究发现PUS10的消耗可以保护细胞免于凋亡。

2）Dyskerin假尿苷合酶1（DKC1）是小核仁核糖核蛋白复合物的一部分，并且需要RNA指导才能发挥其催化活性。它的主要靶标是rRNA，snRNA，snoRNA和TERC。DKC1在许多不同类型的癌症中过表达，其表达与前列腺癌和肺癌中的疾病进展和不良预后相关，在肺癌患者中，DKC1与不良预后的相关性也与TERC表达水平和端粒酶活性的升高有关。

Part6 . 腺苷到肌苷的RNA编辑

RNA编辑最早在30多年前被发现，当时发现胞嘧啶向尿嘧啶核苷的转化是通过引入早期终止密码子来介导载脂蛋白B（APOB）转录本的同工型转变，该转化是由APOBEC胞苷脱氨酶家族介导的。RNA腺苷到肌苷编辑，由腺苷脱氨酶介导，作用于dsRNA1(ADAR11)和ADAR2；而第三个家族成员ADAR3似乎缺乏编辑活性，可能作为阴性显示。由于肌苷通常与胞苷而不是尿苷配对，肌苷被核糖体读为鸟苷，因此腺苷向肌苷的转化可以修饰蛋白质的氨基酸序列，改变RNA的二级结构，调节剪接并改变miRNA的靶特异性。这种类型的编辑主要在mRNA初级转录本，tRNA和miRNA151上发现。

1）ADAR1在许多不同类型的癌症中过表达，包括肝细胞癌和慢性粒细胞白血病（CML）。ADAR1在人类细胞中的主要功能是抑制由转座因子（称为Alu重复序列）产生的dsRNA。另一个解释ADAR1致癌作用的机制是调控miRNA加工或靶标特异性。但是，在少数研究中，ADAR1被确定为肿瘤抑制因子。

2）ADAR2主要被描述为一种肿瘤抑制蛋白，特别是在侵袭性脑瘤中。ADAR家族的第三个成员，ADAR3，也在脑癌中过度表达，它可能抑制ADAR2的活性。总之，ADAR2可以通过多种机制在胶质母细胞瘤中发挥肿瘤抑制蛋白的作用。但ADAR2在其他癌症中的作用较弱。

Part 7. tRNA的U34修饰

在特定tRNA（tRNAUUULys，tRNAUUCGlu，tRNAUUGGln，tRNAUCCGly和tRNAUCUArg）上U34位置的转录后修饰在整个生命中都是高度保守的，是翻译过程中正确解码匹配密码子所必需的。U34修饰物的沉积分三个步骤进行：第一步，延伸剂复合物修饰U34以产生5-羧甲基尿苷（cm5U）；第二步，cm5U被转化为5甲氧基羰基甲基尿苷（mcm5U），其由ALKBH8介导；最后一步，硫醇酶胞质tRNA2硫醇化蛋白1（CTU1）和CTU2介导tRNAUUULys，tRNAUUCGlu和tRNAUUGGln上5甲氧羰基甲基2硫尿苷（mcm5s2U）的形成。

研究发现，U34修饰酶ELP1、ELP3和CTU2在人类黑素瘤中上调，特异性地增加了参与糖酵解和低氧反应通路的蛋白的表达，包括HIF1蛋白。令人惊讶的是，U34修饰酶的消耗并不影响细胞的整体翻译输出，但会影响代谢因子的翻译。此外，U34修饰酶ELP3、CTU1和CTU2在乳腺癌中也过表达。

癌细胞具有许多特征，赋予它们无限期生长并逃脱宿主生物体监视机制的能力。许多将RNA表观转录组异常与癌症相关联的研究证据强烈表明，癌细胞中RNA修饰酶有助于维持细胞增殖和肿瘤进展，开发靶向作用RNA通路的抑制剂或许是一种富有成效的选择和追求。最后，再一起回顾一下RNA修饰“王炸天团”的编码器”(Writer)、消码器”(Eraser)和读码器”(Reader)在癌症中的作用吧。

无论是对于正在为写标书申基金发愁的老师们，还是正在为毕业课题发愁的研究生们来说，相信这篇综述都能够帮助你更好的理解RNA修饰，希望能为你的课题提供些许帮助和灵感，RNA修饰“王炸天团”七大成员，总有一个适合你，感兴趣的小伙伴们赶快阅读起来吧！