武汉大学NAR：tRNA中的新修饰——N1,N⁶-二甲基腺苷

RNA分子中包含丰富的化学修饰，这些修饰能调控多种生理过程。迄今为止，已在RNA中鉴定了150多种修饰类型。甲基化是哺乳动物RNA中最普遍的修饰类型，比如腺苷的甲基化修饰可以发生在N⁶位和N1位，分别形成N⁶-甲基腺苷（m⁶A）和N1-甲基腺苷（m¹A）。m⁶A和m¹A广泛存在于哺乳动物的各种RNA中，在多种生理过程中扮演着重要的角色。腺苷上除了发生单一的甲基化修饰外，还能发生双重甲基化修饰，例如N⁶,N⁶-二甲基腺苷（m^6,6A）。

近日，武汉大学的袁必锋教授（点击查看介绍）课题组报道了哺乳动物tRNA中的一种新型腺苷双重甲基化修饰：N1,N⁶-二甲基腺苷（m^1,6A）（图1）。相关研究成功发表在Nucleic Acids Research 上。

图1. tRNA中的新修饰m^1,6A。

为了确定生物体中是否存在m^1,6A，作者合成了m^1,6A标准品。通过与标准品进行比对，作者成功地在293T细胞的RNA中鉴定了新修饰m^1,6A，并发现该新修饰存在于tRNA中。作者进一步通过细胞代谢标记实验证明了tRNA中的m^1,6A是一种以SAM作为甲基供体的修饰。定量分析结果表明哺乳动物细胞tRNA中m^1,6A的含量为0.0049% ~ 0.0084%（m^1,6A/G），哺乳动物组织tRNA中m^1,6A的含量为0.019% ~ 0.047%（m^1,6A/G）。

作者进一步探索了tRNA中m^1,6A的位置。基于m¹A在哺乳动物tRNA中的保守位置和其甲基转移酶TRMT6/61A对底物tRNA的二级结构保守性，作者猜测m^1,6A存在于tRNA的第58位。为了验证该推测，作者建立了DNA探针杂交结合S1核酸酶消化的策略。在该策略中，作者设计了生物素标记的DNA探针与tRNA^Gly(GCC)杂交，接着使用S1核酸酶消化tRNA^Gly(GCC)中未被杂交的单链区域，最后通过链霉亲和素磁珠纯化RNA/DNA杂合体。质谱分析结果表明该杂合体中存在m^1,6A。由于tRNA^Gly(GCC)中被杂交的片段中只含有一个位于第58位的腺苷，因此检测到的m^1,6A来自该位点，即m^1,6A存在于tRNA^Gly(GCC)的第58位（图2）。

图2. 293T细胞tRNA^Gly(GCC)中m^1,6A的定位分析。

接下来，作者探索了tRNA中m^1,6A的甲基转移酶。上述的DNA探针杂交结合S1策略的结果表明m⁶A也存在于tRNA^Gly(GCC)的第58位。基于此，作者猜测m^1,6A是由tRNA第58位的m⁶A（m⁶A₅₈）进一步N1位甲基化形成的。为了验证猜想，作者将体外表达纯化的m¹A甲基转移酶TRMT6/61A与tRNA进行孵育，结果表明TRMT6/61A能够催化m⁶A₅₈形成m^1,6A₅₈。为此，作者推测了m^1,6A的生物合成途径，即tRNA中一部分m¹A₅₈经过重排形成m⁶A₅₈，形成的m⁶A₅₈能被TRMT6/61A进一步N1位甲基化形成m^1,6A₅₈（图3）。

图3. TRMT6/61A催化tRNA中m⁶A₅₈形成m^1,6A₅₈。

最后，作者探索了tRNA中m^1,6A的去甲基化。体外和体内的结果均表明tRNA中的m^1,6A能被ALKBH3去甲基化（图4）。

图4. ALKBH3能催化tRNA中m^1,6A的去甲基化。

该研究工作在哺乳动物tRNA中发现并鉴定了一种新型的腺苷双重甲基化修饰：m^1,6A，并证明m^1,6A位于tRNA的第58位，普遍存在于哺乳动物细胞和组织中。TRMT6/61A能够催化tRNA中m^1,6A的形成，而ALKBH3能够催化m^1,6A的去甲基化。m^1,6A的发现扩大了RNA修饰的多样性，提供了tRNA修饰介导的基因调控的新机制。

相关研究成果在Nucleic Acids Research 期刊上发表。文章的通讯作者为武汉大学的袁必锋教授，第一作者为武汉大学的游雪娇博士和张杉博士生（共同一作）。武汉大学冯钰锜教授、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院王杰研究员、江西省人民医院漆楚波博士为该研究作出了贡献。研究成果得到了国家自然科学基金的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Formation and removal of 1,N⁶-dimethyladenosine in mammalian transfer RNA

Xue-Jiao You, Shan Zhang, Juan-Juan Chen, Feng Tang, Jingang He, Jie Wang, Chu-Bo Qi, Yu-Qi Feng, Bi-Feng Yuan*

Nucleic Acids Res., 2022, DOI: 10.1093/nar/gkac770

导师介绍

袁必锋

https://www.x-mol.com/university/faculty/13604