甘海麗，洪嶺，楊鳳蓮，柳定鳳，金莉萍，鄭青亮

同濟(jì)大學(xué)附屬第一婦嬰保健院臨床轉(zhuǎn)化研究中心，上海 201204

以往認(rèn)為中心法則中DNA主要發(fā)揮模板的作用而mRNA則扮演著信息傳遞的角色。mRNA表觀修飾的發(fā)現(xiàn)超越了mRNA僅作為信息傳遞者這一觀點(diǎn)。近期發(fā)現(xiàn)前體mRNA在外顯子剪接、5′-加帽和3′-加尾等加工過程中堿基也會(huì)發(fā)生m6A、m1A、假尿嘧啶、5′-胞嘧啶甲基化等多種化學(xué)修飾[1-3]。這些修飾將影響mRNA的剪接、出核、穩(wěn)定和翻譯等mRNA代謝過程從而調(diào)控基因的表達(dá)。隨后也發(fā)現(xiàn)mRNA表觀修飾是動(dòng)態(tài)可逆的，m6A修飾的可逆調(diào)控以及發(fā)揮生物學(xué)功能都需要特異的修飾酶 (Writer)、去修飾酶(Eraser) 以及特異性的識(shí)別修飾位點(diǎn)的蛋白(Reader) 的參與，這些發(fā)現(xiàn)為在真核生物中研究轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制開辟了一個(gè)新領(lǐng)域。在這些修飾類型中，m6A修飾是目前研究最為深入的表觀修飾，研究發(fā)現(xiàn)mRNA的Writer蛋白和Eraser蛋白將決定標(biāo)靶mRNA的m6A修飾水平，而Reader蛋白將決定m6A修飾mRNA的翻譯[4]或影響mRNA的穩(wěn)定性。由于許多mRNA在穩(wěn)定性和翻譯效率方面存在顯著差異，m6A甲基化修飾可以促使其同步表達(dá)從而在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量效應(yīng)蛋白來應(yīng)對自身和外界的調(diào)控，通過加速整個(gè)mRNA的代謝過程進(jìn)而快速調(diào)控細(xì)胞增殖和分化。

1 mRNA表觀修飾方式

1.1 m6A修飾

N6-腺嘌呤 (m6A) 是真核生物中最豐富的一種化學(xué)修飾。m6A修飾廣泛存在于各種細(xì)胞中，運(yùn)用m6A特異性抗體的免疫沉淀結(jié)合高通量測序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)在人類25%的轉(zhuǎn)錄子中存在約7 000個(gè)m6A修飾位點(diǎn)，并且主要在RRm6ACH([G/A/U][G＞A]m6AC[U＞A＞C])保守序列上進(jìn)行修飾。m6A修飾主要位于外顯子的終止密碼子附近和3′-UTRs (3′-untranslated region) 區(qū)域[5-6]。研究顯示，m6A修飾參與mRNA代謝、mRNA與蛋白相互作用等各種生理學(xué)過程。

1.2 m5C修飾

N5-胞嘧啶甲基化 (m5C) 是一種DNA的表觀遺傳修飾方式。后來發(fā)現(xiàn)mRNA上也存在這種修飾方式，但mRNA上的m5C修飾比m6A要少。通過對人細(xì)胞的mRNA測序發(fā)現(xiàn)在線粒體中富含m5C修飾，有別于m6A的是，m5C存在于mRNA的翻譯起始點(diǎn)下游區(qū)域。m5C修飾后的mRNA由一種特定的m5C識(shí)別蛋白識(shí)別并在其協(xié)助下出核，因此m5C在某種程度上可以調(diào)節(jié)mRNA的出核并促進(jìn)mRNA的表達(dá)[7]。線粒體中的mRNA的甲基化水平明顯高于核基因轉(zhuǎn)錄組的RNA甲基化水平，因此m5C可能在調(diào)控線粒體生理功能方面扮演著重要角色[8]。然而m5C修飾的更多生理功能及其機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

1.3 m1A修飾

最初發(fā)現(xiàn)N1-腺苷酸甲基化 (m1A) 是一種廣泛存在于tRNA、rRNA上的化學(xué)修飾，對RNA的生物學(xué)功能具有重要的調(diào)控作用。運(yùn)用特異性m1A抗體免疫共沉淀結(jié)合高通量測序發(fā)現(xiàn)人細(xì)胞mRNA上存在1 000多個(gè)m1A的修飾位點(diǎn)[3]。有別于m6A的是，m1A在mRNA上特異分布于翻譯區(qū)域的起始位點(diǎn)附近以及第一個(gè)剪切拼接位點(diǎn)附近。m1A甲基化修飾能改變mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，例如位于5′-UTRs (5′-untranslated region) 處的m1A能夠通過降低mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來增加翻譯效率[9]。目前m1A具體的生理功能尚不明確，需要進(jìn)一步研究。

1.4 假尿嘧啶修飾

假尿嘧啶修飾 (Pseudouridine) 廣泛存在于非編碼RNA，其可穩(wěn)定tRNA和rRNA的結(jié)構(gòu)。通過假尿嘧啶測序發(fā)現(xiàn)在酵母菌和人類的非編碼RNA中存在數(shù)百個(gè)假尿嘧啶修飾位點(diǎn)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)mRNA中也存在高度保守的假尿嘧啶修飾位點(diǎn)，并且饑餓等環(huán)境因素可以調(diào)控mRNA上的假尿嘧啶修飾[10]。假尿嘧啶修飾可改變密碼子與反密碼子堿基配對的相互作用，因此假尿嘧啶不僅影響RNA的結(jié)構(gòu)而且影響mRNA的編碼能力[11]。綜上，假尿嘧啶修飾和其他甲基化修飾一樣能調(diào)控mRNA的表達(dá)，但其具體功能仍需進(jìn)一步研究。

2 m6A修飾相關(guān)蛋白

m6A功能的調(diào)節(jié)需要相關(guān)蛋白的參與，其中主要包括甲基化酶、去甲基化酶以及m6A閱讀蛋白。

首先m6A的一個(gè)重要相關(guān)蛋白就是甲基化酶，其對應(yīng)的編碼基因稱為Writers，主要包括甲基轉(zhuǎn)移酶3 (Methyltransferase-like 3，METTL3)、甲基轉(zhuǎn)移酶 14 (Methyltransferase-like 14，METTL14)、Wilms’瘤相關(guān)蛋白 (Wilms’ tumor1-associating protein，WTAP)、甲基轉(zhuǎn)移酶 16(Methyltransferase-like 16，METTL16)、RNA結(jié)合模體蛋白15 (RNA binding motif protein 15，RBM15)、鋅指結(jié)構(gòu)域包含蛋白13 (Zinc finger CCCH domain-containing protein 13，ZC3H13)等，實(shí)際上甲基化酶主要是由METTL3和METTL14組成的異源二聚體結(jié)構(gòu)并且與WTAP、ZC3H13等調(diào)節(jié)因子附著在二聚體上構(gòu)成甲基化酶復(fù)合體。其中METTL3具有一個(gè)SAM結(jié)合區(qū)域[12]并且能夠識(shí)別特定潛在的m6A修飾位點(diǎn)并將SAM的甲基轉(zhuǎn)移該位點(diǎn)上。METTL14與METTL3結(jié)合后，在一定程度上能夠促進(jìn)METTL3識(shí)別m6A。WTAP是一種剪切體相關(guān)蛋白，通過與METTL3-METTL14二聚體結(jié)合能夠使甲基化酶復(fù)合體迅速識(shí)別m6A潛在修飾位點(diǎn)并且活化METTL3/METTL14甲基化酶復(fù)合體[13]。此外，最近研究發(fā)現(xiàn)，鋅指結(jié)構(gòu) (ZC3H13) 能夠結(jié)合WTAP從而使WTAP固定存在于核內(nèi)而不轉(zhuǎn)運(yùn)到核外，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化甲基化酶復(fù)合體的目的[14]，以保證足夠的甲基化酶復(fù)合體在核內(nèi)對轉(zhuǎn)錄合成的mRNA進(jìn)行甲基化。

其次，去甲基化酶主要包括肥胖相關(guān)基因Fat mass and obesity-associated (FTO) 和 AlkB homolog 5 (ALKBH5)，其對應(yīng)的編碼基因稱為Erasers。FTO起初是作為一種與肥胖相關(guān)的基因出現(xiàn)在人們的視線中，F(xiàn)TO是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的m6A去甲基化酶，該發(fā)現(xiàn)證實(shí)了m6A是一個(gè)可逆的mRNA修飾過程。FTO和ALKBH5分布具有差異性，F(xiàn)TO廣泛存在于成人和胚胎的組織中，在大腦中表達(dá)尤其高，而ALKBH5存在于大部分組織的細(xì)胞核中。FTO能夠有效地去除mRNA上的m6A修飾并且FTO受抑制能夠增高整體mRNA的m6A修飾水平[15]。ALKBH5主要作用是使已經(jīng)m6A修飾的mRNA發(fā)生去甲基化，通過參與調(diào)控mRNA的出核等代謝過程發(fā)揮其功能，其與精子的發(fā)育密切相關(guān)。

最后，m6A相關(guān)蛋白是m6A結(jié)合蛋白，其編碼基因被稱為Readers，主要包括YTH同源結(jié)構(gòu)域蛋白家族：YTH結(jié)構(gòu)域家族1 (YTH domain family 1，YTHDF1)、YTH結(jié)構(gòu)域家族2 (YTH domain family 2，YTHDF2)、YTH結(jié)構(gòu)域家族3(YTH domain family 3，YTHDF3)、YTH結(jié)構(gòu)域包含蛋白1 (YTH domain-containing proteins 1，YTHDC1)、YTH結(jié)構(gòu)域包含蛋白2 (YTH domain-containing proteins 2，YTHDC2) 和核不均一核糖核蛋白 (Heterogeneous nuclear ribonucleoproteins C，HNRNPC) 等，YTHDC1主要能夠通過結(jié)構(gòu)域與特定的m6A位點(diǎn)結(jié)合或者與剪接調(diào)控因子結(jié)合影響m6A修飾的mRNA的出核和剪接[16]。HNPNPC家族的蛋白同樣也可以直接或間接地調(diào)控mRNA的選擇性剪接和mRNA結(jié)構(gòu)的改變[17]。YTHDF1與mRNA上的m6A結(jié)合提高相應(yīng)的mRNA翻譯效率[18]。YTHDF2主要作用則是促進(jìn)mRNA的降解[19]。有趣的是，YTHDF3與YTHDF1結(jié)合時(shí)能夠增強(qiáng)其翻譯能力，而YTHDF3與YTHDF2結(jié)合時(shí)又能促進(jìn)其促降解能力。YTHDC2是一種具有螺旋酶結(jié)構(gòu)域和蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域的reader，由于這種特殊的結(jié)構(gòu)使其具有調(diào)節(jié)RNA結(jié)合效率、調(diào)控RNA結(jié)構(gòu)以及同時(shí)結(jié)合多種蛋白的特點(diǎn)，其能夠促進(jìn)mRNA的翻譯[20]。

這些m6A相關(guān)蛋白以及影響因子相互作用影響m6A水平，進(jìn)而影響mRNA的剪接、出核、翻譯、降解和表達(dá)等各個(gè)方面，從而影響細(xì)胞的分化、凋亡等生命過程。

3 m6A調(diào)控mRNA的代謝功能

m6A廣泛存在于各種細(xì)胞中，m6A相關(guān)蛋白和甲基化調(diào)節(jié)因子以及m6A的識(shí)別蛋白相互作用構(gòu)建了一個(gè)調(diào)節(jié)m6A基因表達(dá)的網(wǎng)絡(luò)，m6A在mRNA的剪接、出核、翻譯、降解和結(jié)構(gòu)變化等方面發(fā)揮著重要的調(diào)控作用 (圖1)。

3.1 m6A調(diào)控mRNA的剪接

圖1 m6A修飾參與調(diào)控mRNA代謝的模式圖Fig.1 Function of m6A in mRNA metabolism.

前體mRNA成熟為mRNA的過程主要包括5′端加帽、3′端加尾以及內(nèi)含子剪接3個(gè)部分。研究表明m6A主要集中存在于前體mRNA的內(nèi)含子并且m6A的甲基化酶和Reader蛋白主要存在于核內(nèi)[16]，因此可以推測甲基化過程主要發(fā)生在核內(nèi)并且在核內(nèi)調(diào)控mRNA的選擇性剪接。研究發(fā)現(xiàn)敲除METTL3后，m6A水平下降，精子來源的相關(guān)基因發(fā)生錯(cuò)誤剪接進(jìn)而表達(dá)下調(diào)，說明經(jīng)METTL3修飾的m6A能夠調(diào)控多功能基因的選擇性剪接和睪丸中基因的表達(dá)從而調(diào)控精原細(xì)胞分化和精母細(xì)胞形成[21]。WTAP作為甲基化酶復(fù)合體的一部分，敲除后的甲基化酶復(fù)合體對mRNA的甲基化效率降低，m6A水平下降也會(huì)導(dǎo)致mRNA的選擇性剪接異常。m6A去甲基化酶FTO通過去除RNA上的m6A以及阻止SR蛋白與mRNA結(jié)合來調(diào)控RNA的選擇性剪接，SR蛋白是一種參與調(diào)控可變剪接的重要調(diào)控因子，例如FTO能夠阻止SRSF2與mRNA結(jié)合從而調(diào)控mRNA的剪接以及轉(zhuǎn)錄。FTO傾向于結(jié)合靠近外顯子選擇性剪接區(qū)域的內(nèi)含子區(qū)域，結(jié)合了FTO的內(nèi)含子處m6A水平下降并且抑制了SRSF2與mRNA的結(jié)合，因此該處內(nèi)含子后面的外顯子不能進(jìn)行選擇性的剪接以及轉(zhuǎn)錄表達(dá)，這一過程稱之為外顯子跳躍[22]。

此外一些閱讀蛋白也可以通過抑制或促進(jìn)SR蛋白家族的成員與mRNA結(jié)合來調(diào)控mRNA的剪接。例如YTHDC1促進(jìn)SRSF3和抑制SRSF10與mRNA結(jié)合來影響mRNA的剪接，通過識(shí)別XIST (X染色體失活基因) 上的m6A來使X染色體沉默[23]。m6A不僅僅通過Reader蛋白等來影響mRNA的選擇性剪接，還能夠直接調(diào)控mRNA選擇性剪接。

總之，m6A是一個(gè)動(dòng)態(tài)的調(diào)控系統(tǒng)，通過快速改變m6A修飾位點(diǎn)甲基化水平，影響其與甲基化酶、去甲基化酶和Reader蛋白等相互作用來影響mRNA的剪接。

3.2 m6A促進(jìn)mRNA的出核

mRNA的出核是連接mRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯的關(guān)鍵步驟同時(shí)能選擇性地調(diào)控基因表達(dá)。據(jù)報(bào)道m(xù)6A甲基化能加快mRNA的出核，YTHDC1結(jié)合SRF3和NXF1 (核ENA輸出因子) 會(huì)促進(jìn)m6A修飾mRNA的出核。敲除METTL3，m6A水平下調(diào)，mRNA的出核受阻，表達(dá)受抑制，而敲除ALKBH5對m6A去甲基化作用減弱，m6A的水平提高，mRNA結(jié)合readers和調(diào)控出核的影響因子促進(jìn)mRNA的出核[24]。本課題組發(fā)現(xiàn)過表達(dá)ALKBH5后能引起抗病毒轉(zhuǎn)錄子mRNA的核滯留，從而抑制抗病毒轉(zhuǎn)錄子的表達(dá)[25]。綜上表明m6A促進(jìn)mRNA的出核可能是其調(diào)控基因表達(dá)的重要方式，但其具體機(jī)制仍有待研究。

3.3 m6A促進(jìn)mRNA的翻譯

據(jù)報(bào)道YTHDF1結(jié)合m6A修飾的mRNA并且招募翻譯起始因子復(fù)合體eIF3促進(jìn)mRNA的翻譯。該過程是依賴METTLE3甲基化酶活性以及YTHDF1-eIF3通路[26]。研究發(fā)現(xiàn)YTHDC2的YTH和R3H結(jié)構(gòu)域能夠促進(jìn)其與細(xì)胞的RNA的結(jié)合并且與小核糖體相互作用從而促進(jìn)mRNA的翻譯[27]，表明m6A可以通過不同的分子機(jī)制來調(diào)控mRNA的翻譯。

3.4 m6A影響mRNA的降解

降解是mRNA代謝調(diào)控的重要步驟，m6A能夠降低mRNA的穩(wěn)定性，mRNA經(jīng)過m6A修飾后可能被迅速降解。METTL3或METTLE14敲除后m6A水平下降，mRNA降解效率降低，表達(dá)水平增高[13]。研究表明，METTL3缺失的幼稚T細(xì)胞中的細(xì)胞因子誘導(dǎo)性SH2結(jié)構(gòu)域包含蛋白(Cytokine inducible SH2 containing protein，SOCS或CISH) 家族基因的mRNA降解速度較慢，從而使mRNA和蛋白表達(dá)水平升高，SOCS基因家族主要負(fù)責(zé)編碼STAT信號(hào)抑制蛋白，敲除METTL3后SOCS高表達(dá)，STAT信號(hào)抑制蛋白增加從而抑制IL-7介導(dǎo)的STAT5活化以及T細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)增殖和分化[28]。

另外YTHDF2的羧基末端YTH結(jié)構(gòu)域能選擇性地結(jié)合甲基化mRNA，而YTHDF2的氨基末端的結(jié)構(gòu)域能將結(jié)合的mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)到RNA降解器中進(jìn)一步降解[29]。RNA降解器是由細(xì)胞內(nèi)許多因子組成且能夠降解mRNA的復(fù)合體，在RNA降解器上存在一些降解mRNA的酶，能夠?qū)σ呀?jīng)翻譯或錯(cuò)誤翻譯、不能翻譯的mRNA進(jìn)行不同途徑的降解。敲除YTHDF2后，mRNA的穩(wěn)定性提高并且標(biāo)靶mRNA表達(dá)水平提高，提示m6A能夠影響mRNA的降解?？傊琺6A可以降低mRNA的穩(wěn)定性并且促進(jìn)含有m6A的mRNA的降解從而調(diào)控基因的表達(dá)。

3.5 m6A改變RNA結(jié)構(gòu)

m6A可以改變mRNA的結(jié)構(gòu)使其更易與核不均一核糖核蛋白C (HNRNPC) 和核不均一核糖核蛋白G (HNRNPG) 結(jié)合，例如肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄子1 (Metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1) 和CDP二?；视秃铣擅? (CDP-diacylglycerol synthase 2，CDS2)，這些mRNA發(fā)生m6A修飾后雙鏈結(jié)構(gòu)容易被打開并暴露單鏈的U核苷酸位點(diǎn)，該位點(diǎn)被HNRNPC識(shí)別后調(diào)控這些基因的剪接[17]。這種由于m6A修飾所引起的結(jié)構(gòu)重塑而影響mRNA與蛋白結(jié)合的現(xiàn)象稱為m6A開關(guān) (m6A switch)。m6A開關(guān)廣泛存在于轉(zhuǎn)錄組中，通過調(diào)控mRNA與結(jié)合蛋白之間的結(jié)合從而發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)功能。

4 m6A調(diào)控細(xì)胞的生物學(xué)功能

4.1 m6A調(diào)控細(xì)胞的分化能力

干細(xì)胞是一種具有向不同類型細(xì)胞分化能力的多能細(xì)胞，正常細(xì)胞分化是生物體發(fā)育的重要環(huán)節(jié)，分化障礙會(huì)導(dǎo)致各種嚴(yán)重疾病的發(fā)生。多種編碼發(fā)育調(diào)控因子轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)定性和表達(dá)水平與m6A的水平呈負(fù)相關(guān)。METTL3或METTL14下調(diào)后，m6A水平下降，維持細(xì)胞多能性的轉(zhuǎn)錄因子高表達(dá)，胚胎干細(xì)胞的自我更新能力顯著降低[30-31]。據(jù)報(bào)道小鼠胚胎干細(xì)胞NANOG (細(xì)胞多能性編碼因子) mRNA上存在多個(gè)METTL3的結(jié)合位點(diǎn)，敲除METTL3，多能性細(xì)胞多能性編碼因子的m6A修飾水平下降，胚胎干細(xì)胞自我更新以及分化能力受到抑制，胚胎干細(xì)胞還保留著一部分原始細(xì)胞的狀態(tài)，在種植后由于外界狀態(tài)的改變以及部分基因程序的啟動(dòng)，導(dǎo)致胚胎死亡[32]。

另外，低氧環(huán)境下乳腺癌腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)ALKBH5，使得關(guān)鍵因子NANOG發(fā)生去甲基化，m6A水平下降，從而提高mRNA的穩(wěn)定性以及表達(dá)水平，進(jìn)一步促進(jìn)了癌細(xì)胞的增殖，調(diào)控乳腺癌腫瘤細(xì)胞的分化[33]。另一種RNA去甲基化酶FTO在急性白血病患者中呈高表達(dá)，實(shí)驗(yàn)證明FTO通過降低m6A水平增強(qiáng)了白血病細(xì)胞的增殖和分化，抑制了細(xì)胞的凋亡，顯著增強(qiáng)了白血病致癌基因介導(dǎo)的正常造血干細(xì)胞向病態(tài)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化[34]。脂肪細(xì)胞中FTO能通過調(diào)控m6A的水平進(jìn)而影響可變剪接調(diào)控因子SRSF2與FTO的結(jié)合，影響脂肪形成關(guān)鍵基因的選擇性剪接從而調(diào)控前脂肪細(xì)胞的分化[35]。綜上表明m6A表觀相關(guān)酶在調(diào)控干細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞的分化發(fā)育方面發(fā)揮重要的作用。

4.2 m6A調(diào)控應(yīng)激反應(yīng)

在低氧、營養(yǎng)不良等極端環(huán)境中，機(jī)體需要快速應(yīng)對外界環(huán)境變化而需在mRNA轉(zhuǎn)錄后水平上進(jìn)行調(diào)控，而不是重新合成新的mRNA。在熱休克狀態(tài)下，YTHDF2定位于核內(nèi)并且可以抑制FTO與mRNA的結(jié)合，阻止mRNA的去甲基化，從而確保5′-UTRs端有足夠的m6A，5′-UTRs端的m6A能推動(dòng)帽子端的獨(dú)立翻譯過程，提高相關(guān)蛋白的形成。

除此之外，YTHDF1能使應(yīng)激顆粒局限于核內(nèi)，應(yīng)激顆粒是由一些蛋白包裹mRNA和蛋白顆粒形成的，在YTHDF1的作用下，應(yīng)激顆粒向胞內(nèi)聚集導(dǎo)致蛋白不釋放和mRNA不表達(dá)，等應(yīng)激源消失后，應(yīng)激顆粒重新解聚釋放，被包裹的mRNA重新表達(dá)[36]，這種機(jī)制可以避免應(yīng)激源誘發(fā)的炎癥反應(yīng)的發(fā)生并且對損傷后的修復(fù)有一定的幫助。此外，在遺傳上定義的永生化和致癌轉(zhuǎn)化的人乳腺上皮細(xì)胞中，過表達(dá)MTTLL3和METTL14或敲除ALKBH5能增加m6A的水平并促進(jìn)細(xì)胞增殖和遷移。永生化和致癌轉(zhuǎn)化細(xì)胞中的m6A水平隨著缺氧而增加，提示在應(yīng)激狀態(tài)下細(xì)胞可以調(diào)節(jié)m6A水平從而應(yīng)對應(yīng)激源的攻擊[37]。本課題組在機(jī)體應(yīng)對病原體入侵這一應(yīng)激環(huán)境中作了一些工作，發(fā)現(xiàn)ALKBH5在巨噬細(xì)胞的固有免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，在病毒感染后，核蛋白DDX46可以招募ALKBH5，使得抗病毒轉(zhuǎn)錄子發(fā)生去m6A甲基化修飾而被滯留在核內(nèi)并抑制其表達(dá)，從而抑制巨噬細(xì)胞的抗病毒天然反應(yīng)。我們目前在m6A修飾如何參與胚胎滋養(yǎng)細(xì)胞應(yīng)對病原體入侵方面也進(jìn)行了深入研究，并取得了一些重要進(jìn)展。另有研究發(fā)現(xiàn)，在感染KHSV病毒的細(xì)胞中，細(xì)胞的整體m6A水平下調(diào)而病毒本身轉(zhuǎn)錄子的m6A水平卻上調(diào)，而當(dāng)m6A修飾酶被敲除之后KSHV病毒裂解的催化因子ORF50表達(dá)會(huì)受到抑制，而YTHDF2和METTL3敲除后會(huì)增加ORF50的水平而起到抗病毒的作用[37]。綜上所述，m6A參與調(diào)控在熱刺激或低氧等環(huán)境下細(xì)胞的生理功能狀態(tài)。

4.3 m6A調(diào)控細(xì)胞生理節(jié)律

據(jù)報(bào)道在哺乳動(dòng)物生理節(jié)律的研究中首次發(fā)現(xiàn)了m6A對細(xì)胞功能的影響。生理節(jié)律的維持涉及到基因表達(dá)的負(fù)反饋環(huán)路，然而研究表明只有五分之一的節(jié)律基因是需要重新轉(zhuǎn)錄合成[38]，表明轉(zhuǎn)錄后水平的基因調(diào)控在生物節(jié)律調(diào)控中發(fā)揮重要作用。節(jié)律基因和時(shí)鐘輸出基因的轉(zhuǎn)錄本均可以發(fā)生m6A甲基化修飾，METTL3敲除后導(dǎo)致兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)鐘基因 (PER3和芳基烴類受體核易位體樣蛋白1，ARNTL) mRNA的m6A水平下降使出核受阻，導(dǎo)致周期蛋白表達(dá)減少、細(xì)胞生理周期延長，細(xì)胞凋亡能力下降。這表明mRNA的m6A修飾改變將對細(xì)胞的生命周期產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[39]。以上報(bào)道表明m6A在調(diào)控細(xì)胞節(jié)律方面發(fā)揮重要作用，但其具體機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究。

5 總結(jié)與展望

mRNA上的m6A修飾主要特征是其廣泛存在性、分布獨(dú)特以及動(dòng)態(tài)可逆性，研究發(fā)現(xiàn)m6A修飾通過調(diào)控mRNA代謝過程的各個(gè)方面，影響mRNA的蛋白表達(dá)，參與調(diào)控細(xì)胞分化、應(yīng)激反應(yīng)、生物節(jié)律等細(xì)胞生物學(xué)過程，調(diào)控失常將導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生。因此研究清楚m6A的動(dòng)態(tài)修飾規(guī)律及其如何影響細(xì)胞生物學(xué)功能的具體分子機(jī)制尤為重要。

我們認(rèn)為以下幾方面可能是未來研究的重要方向：1) 隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)人類基因中盡管有超過7 000個(gè)m6A修飾位點(diǎn)，但是還有很多符合保守序列 (RRACH motifs) 的潛在m6A位點(diǎn)并沒有被修飾，表明m6A甲基化修飾作為轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制還存在著更大的潛力。m6A在轉(zhuǎn)錄本上的分布是呈不均勻以及具有組織特異性。這些特征意味著轉(zhuǎn)錄本上每一個(gè)m6A修飾位點(diǎn)均處于甲基化和未甲基化的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，從而使機(jī)體對外界的刺激能夠作出迅速的反應(yīng)，那么機(jī)體是如何特異性地維持這種甲基化的動(dòng)態(tài)修飾狀態(tài)呢？是依賴于修飾位點(diǎn)附近特異的堿基序列還是特異性的Reader蛋白呢？2) mRNA的m6A甲基化修飾能選擇性地調(diào)控特異mRNA的代謝以及調(diào)控在細(xì)胞分化過程中細(xì)胞狀態(tài)的改變。那么如何實(shí)現(xiàn)選擇性地與特異mRNA結(jié)合，以及甲基化酶、去甲基化酶和Reader蛋白在應(yīng)對不同的信號(hào)通路調(diào)控時(shí)是如何協(xié)調(diào)的機(jī)制仍然不清楚，需要深入研究，因?yàn)槿魏我粋€(gè)環(huán)節(jié)的缺失都可能會(huì)誘發(fā)疾病的發(fā)生。3) m6A僅是mRNA轉(zhuǎn)錄后修飾的一種方式。除了m6A外，還有m1A、m5C、假尿苷pseudouridine等。每一種化學(xué)修飾均可能擁有相關(guān)的特異修飾酶、去修飾酶和Reader蛋白，或許這些蛋白能共同作用于多種修飾。mRNA經(jīng)過化學(xué)修飾后，也需要通過相關(guān)蛋白共同作用來調(diào)控基因的表達(dá)，那么尋找這些特異的修飾相關(guān)蛋白將是一個(gè)非常重要的方面。4) 隨著mRNA的化學(xué)修飾領(lǐng)域不斷的擴(kuò)展，如何能夠直接、及時(shí)地檢測到這些化學(xué)修飾是否存在及其作用位點(diǎn)并及時(shí)進(jìn)行干預(yù)，對于生物的發(fā)育、疾病的控制有重要的意義。mRNA測序技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將會(huì)是認(rèn)識(shí)各種動(dòng)態(tài)修飾的關(guān)鍵一步。