陈建军/何川/苏瑞团队首次揭示METTL16调控mRNA翻译

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

陈建军/何川/苏瑞团队首次揭示METTL16调控mRNA翻译及肿瘤发生的作用及机制

2022-02-12 21:30 来源: 手机电脑看过来

原标题：陈建军/何川/苏瑞团队首次揭示METTL16调控mRNA翻译及肿瘤发生的作用及机制

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北京时间2022年02月11日凌晨，美国希望之城国家医疗中心的 陈建军教授、苏瑞助理教授，以及美国芝加哥大学的何川教授团队合作，于 Nature Cell Biology杂志在线发表了题为“METTL16 exerts an m 6A-independent function to facilitate translation and tumorigenesis” 的研究论文。

该研究首次揭示了METTL16同时兼备m 6A甲基转移酶功能依赖（m 6A-dependent）型以及非甲基转移酶依赖（m 6A-independent）型的功能。

表观转录组学（epitranomics）主要研究RNA所携带的化学修饰对基因表达的影响，是分子生物学中心法则的拓展。近年来，作为真核生物mRNA上丰度最高的甲基化修饰，m6A（N6-methyladenosine）受到了极大的关注并不断引领着RNA表观遗传学的飞速发展。它可以起到一个开或关作用，调控着基因的表达或沉默。

在人体内，m6A主要由甲基转移酶复合体（methyltransferase complex）催化完成，其中METTL3和METTL14为其核心成员[1]。然而，同时敲除这两个基因仅导致50-60%的m6A位点修饰下降；同时，在全转录组水平上，大约有一半的m6A位点并不被METTL3-METTL14结合，这就预示着除了METTL3-METTL14，还存在其它的m6A甲基转移酶[2]。甲基转移酶样蛋白（METTLs）是一个具有S-腺苷甲硫氨酸结合域（SAM binding domain）的蛋白家族，包含30多种甲基转移酶蛋白。和METTL3 和METTL14需与其他辅助因子形成复合体发挥酶活作用不同，新近报道的METTL16可独立在个别靶基因（如 MALAT1 , XIST , MAT2A 等）转录体上加载m 6A修饰[3-5]，但是其生物学功能以及相关的分子生物学机制还尚不清楚。

我们不禁会问，METTL16与METTL3和METTL14的甲基转移酶活性到底有何不同？利用RNA甲基化测序（MeRIP-seq），研究者发现METT16敲除确实能够引起mRNA m6A发生全局性去甲基化，但是整体下降的幅度低于 METTL3或者METTL14敲除（图1）。同时，研究者系统性地鉴定了METTL16特异的m6A依赖的（METTL16-specific; m6A-dependent）靶基因，并且证明了这些基因的甲基化修饰不受METTL3-METTL14的调控。此外，通过比较新生（nascent）mRNA以及成熟mRNA的MeRIP-seq, 研究者发现METTL16更倾向于介导nascent RNA的甲基化修饰，这说明METTL16催化m6A修饰具有时（新生RNA）空（细胞核）特异性。

图1 利用MeRIP-seq比较敲除METTL3、METTL14和METTL16后m6A的变化差异

通过综合分析 METTL16 KO MeRIP-seq以及 METTL16 RNA免疫共沉淀测序（RIP-seq）的数据，研究者发现m6A依赖的靶基因占METTL16直接结合的所有mRNAs不足1/4。更有趣的是，m6A甲基化修饰往往富集在mRNA的CDS和3’UTR，而METTL16更倾向于结合在mRNA起始密码子附近。出乎意料的是，与主要分布在细胞核的METTL3和METTL14不同，研究者发现METTL16同时存在于细胞核和细胞质中。那么METTL16是否同时也发挥着不依赖于m6A的功能呢？大量分布于细胞质中的METTL16能否参与调控mRNA的翻译效率，而这种功能是否依赖于它甲基转移酶的活性呢？

为证明这一猜想，研究者利用蛋白质（λN peptide）-RNA（BoxB）拴链实验证明METTL16可以显著地促进蛋白质的翻译效率，并且这种促进并不依赖于其甲基转移酶的活性。此外，研究者还应用了表面标记翻译检测（Surface sensing of translation assay, SUnSET），体外翻译（ in vitro translation）及多聚核糖体分析（Polysome profiling）等实验进一步证实了METTL16对mRNA翻译的影响。研究者还进一步通过翻译组测序（Ribosome profiling）及（RIP-seq）进一步筛选并发现了METTL16调控翻译的靶基因。