國自然熱點(diǎn)追蹤——m7G甲基化近期文獻(xiàn)摘要匯總

       N7 -甲基鳥苷(m7G)是一種最常見的RNA表觀修飾，也是一種進(jìn)化上保守的RNA修飾，最初是在信使RNA（mRNA）的5‘端發(fā)現(xiàn)的。大多數(shù)真核細(xì)胞mRNAs在其5′端的末端鳥苷的N7位置有一個(gè)甲基和一個(gè)正電荷。這種修飾穩(wěn)定了轉(zhuǎn)錄物免受核外降解，并介導(dǎo)相關(guān)生物功能，包括轉(zhuǎn)錄延伸、pre mRNA剪接、核輸出和翻譯。m7G甲基化還被發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）和核糖體RNA（rRNA）的內(nèi)部位置。
       m7G tRNA修飾由異二聚體蛋白復(fù)合物催化，該復(fù)合物在哺乳動(dòng)物中包括甲基轉(zhuǎn)移酶樣-1蛋白（METTL1）和WD重復(fù)結(jié)構(gòu)域4（WDR4）， METTL1/WDR4復(fù)合體可以將m7G安裝在mRNA上，這會(huì)影響mRNA的翻譯效率，也可以催化tRNA中m7G的修飾。 m7G在tRNA核苷酸位置46（m7G46）是最普遍的tRNA修飾之一。m7G46 存在于 tRNA 亞群的可變環(huán)區(qū)，tRNA-Phe 結(jié)構(gòu)顯示 C13–G22-m7G46堿基三重相互作用，有助于穩(wěn)定三級(jí)結(jié)構(gòu)。在rRNA中，WBSCR22/TRMT112 復(fù)合物作為甲基轉(zhuǎn)移酶參與了18S rRNA前體的加工， 這對(duì)于 40S 核糖體亞基之前的核輸出是必需的。

1. METTL1-WDR4甲基化tRNA的結(jié)構(gòu)和機(jī)制
       RNA 的調(diào)控修飾對(duì)于正確的基因表達(dá)非常重要。 tRNA 富含各種影響其穩(wěn)定性和功能的化學(xué)修飾。 tRNA 46 位的 7-甲基鳥苷 (m7G) 是一種保守修飾，可調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài) tRNA 水平以影響細(xì)胞生長(zhǎng)。 METTL1-WDR4 復(fù)合物在人類中生成 m7G46，METTL1-WDR4 的失調(diào)與腦畸形和多種癌癥有關(guān)。 在這里，我們展示了 METTL1 和 WDR4 如何合作識(shí)別 RNA 底物并催化甲基化。 METTL1-WDR4的晶體結(jié)構(gòu)和METTL1-WDR4-tRNA的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)表明，復(fù)合蛋白表面通過形狀互補(bǔ)性識(shí)別tRNA彎頭。 METTL1-WDR4-tRNA 與 S-腺苷甲硫氨酸或 S-腺苷高半胱氨酸的冷凍電子顯微鏡結(jié)構(gòu)以及 METTL1 晶體結(jié)構(gòu)通過揭示多種狀態(tài)的活性位點(diǎn)，為催化機(jī)制提供了額外的見解。 METTL1 N 末端將輔因子與 tRNA、催化環(huán)和 WDR4 C 末端的構(gòu)象變化結(jié)合起來，充當(dāng)激活 m7G 甲基化的開關(guān)。 因此，我們的結(jié)構(gòu)模型解釋了 METTL1 N 末端的翻譯后修飾如何調(diào)節(jié)甲基化。 我們的工作共同闡明了 METTL1 修飾 m7G 的核心和調(diào)控機(jī)制，為理解其對(duì)生物學(xué)和疾病的貢獻(xiàn)提供了框架。

2. METTL1-WDR4 調(diào)節(jié) m7G tRNA 修飾的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
       RNA 的化學(xué)修飾在許多生物過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 N7-甲基鳥苷 (m7G) 是 大量tRNAs維持 完整性和穩(wěn)定性所必需的。 含有甲基轉(zhuǎn)移酶 1-WD 重復(fù)序列的蛋白 4 (METTL1-WDR4) 復(fù)合物是一種甲基轉(zhuǎn)移酶，可修飾某些 tRNA 可變環(huán)中的 G46，其失調(diào)會(huì)導(dǎo)致多種癌癥類型的腫瘤發(fā)生。 WDR4 突變會(huì)導(dǎo)致人類發(fā)育表型改變，包括小頭畸形。 METTL1-WDR4 如何修飾 tRNA 底物并受到調(diào)節(jié)仍然難以捉摸。 在這里，我們通過對(duì)人類 METTL1-WDR4 的結(jié)構(gòu)、生化和細(xì)胞研究表明，WDR4 可作為 METTL1 和 tRNA T 臂的支架。 tRNA 結(jié)合后，METTL1 的 αC 區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪?，與 α6 螺旋一起固定 tRNA 可變環(huán)的兩端。 出乎意料的是，我們發(fā)現(xiàn) METTL1 預(yù)測(cè)的無序 N 端區(qū)域是催化口袋的一部分，并且對(duì)于甲基轉(zhuǎn)移酶活性至關(guān)重要。 此外，我們發(fā)現(xiàn) METTL1 N 末端區(qū)域的 S27 磷酸化通過局部破壞催化中心來抑制甲基轉(zhuǎn)移酶活性。 我們的結(jié)果提供了對(duì) METTL1-WDR4 tRNA 底物識(shí)別和磷酸化介導(dǎo)的調(diào)節(jié)的分子理解，并揭示了 METTL1 假定的無序 N 端區(qū)域作為甲基轉(zhuǎn)移酶活性的聯(lián)系。

3. TMEM11 通過 METTL1 介導(dǎo)的 ATF5 mRNA m7G 甲基化調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞增殖和心臟修復(fù)
       線粒體跨膜（TMEM）蛋白家族具有多種重要的生理功能。然而，其在心肌細(xì)胞增殖和心臟再生中的作用尚不清楚。在這里，我們檢測(cè)到TMEM11在體外抑制心肌細(xì)胞增殖和心臟再生。TMEM11缺失增強(qiáng)了心肌細(xì)胞增殖，恢復(fù)了心肌損傷后的心臟功能。相反，TMEM11過表達(dá)抑制了小鼠心臟中新生心肌細(xì)胞的增殖和再生。TMEM11直接與METTL1相互作用，增強(qiáng)了Atf5 mRNA的m7G甲基化，從而增加ATF5的表達(dá)。ATF5的TMEM11依賴性增加促進(jìn)了Inca1的轉(zhuǎn)錄，Inca1是一種細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶的抑制劑，通過與細(xì)胞周期蛋白A1相互作用，抑制心肌細(xì)胞增殖。因此，我們的研究結(jié)果表明，TMEM11介導(dǎo)的m7G甲基化參與心肌細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)，靶向TMEM11-METTL1-ATF5-INCA1軸可能作為促進(jìn)心臟修復(fù)和再生的新治療策略。

4. METTL1/WDR4介導(dǎo)的tRNA m7G修飾和mRNA翻譯控制促進(jìn)腫瘤發(fā)生和阿霉素耐藥性
       骨肉瘤是導(dǎo)致青少年和兒童高死亡率的最常見骨腫瘤。tRNA m7G甲基轉(zhuǎn)移酶METTL1位于染色體12q14.1中，該區(qū)域在骨肉瘤患者中經(jīng)常擴(kuò)增，而其在骨肉瘤調(diào)節(jié)中的功能和潛在機(jī)制仍然未知。本文表明，METTL1和WDR4在骨肉瘤中過表達(dá)，與患者預(yù)后不良有關(guān)。敲低 METTL1 或 WDR4 導(dǎo)致 tRNA m7G修飾水平降低并阻礙體外和體內(nèi)骨肉瘤的進(jìn)展。METTL1/WDR4 過表達(dá)可促進(jìn)骨肉瘤的增殖、遷移和侵襲。tRNA甲基化和mRNA翻譯分析表明，METTL1/WDR4 修飾的 tRNA 可通過更多 m7G tRNA 解碼密碼子增強(qiáng) mRNA 的翻譯，包括細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 重塑效應(yīng)子，從而促進(jìn)骨肉瘤進(jìn)展和對(duì)阿霉素的化療耐藥。研究表明METTL1/WDR4介導(dǎo)的tRNA m7G修飾通過改變致癌mRNA翻譯來增強(qiáng)骨肉瘤進(jìn)展和對(duì)阿霉素的耐藥，具有關(guān)鍵的致癌功能，表明METTL1抑制聯(lián)合化療是治療骨肉瘤患者的有希望的策略。

5. QKI將m7G修飾的內(nèi)部轉(zhuǎn)錄物穿梭到應(yīng)激顆粒中并調(diào)節(jié)mRNA代謝
       N7甲基鳥苷（m7G）修飾通常發(fā)生在mRNA 5‘端或tRNA/rRNA內(nèi)，也存在于mRNA內(nèi)部。盡管m7G 5‘端對(duì)于pre mRNA加工和蛋白質(zhì)合成至關(guān)重要，但mRNA內(nèi)部m7G修飾的確切作用仍然難以捉摸。在這里，我們報(bào)道了mRNA內(nèi)部m7G被震動(dòng)蛋白（ Quaking proteins ，QKIs）選擇性識(shí)別。通過對(duì)m7G甲基組和QKI結(jié)合位點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄組全譜分析/定位，我們鑒定了1000多個(gè)具有保守“GANGAN（N=a/C/U/G）”基序的m7G修飾和QKI-結(jié)合的高置信度mRNA靶標(biāo)。 QKI7與應(yīng)激顆粒（SG）核心蛋白G3BP1相互作用（通過C末端），并將m7G修飾的內(nèi)部轉(zhuǎn)錄物穿梭到SG中，以調(diào)節(jié)mRNA在應(yīng)激條件下的穩(wěn)定性和翻譯。具體而言，QKI7減弱河馬信號(hào)通路中基本基因的翻譯效率，從而使癌癥細(xì)胞對(duì)化療敏感?？傊?，我們將QKIs表征為調(diào)節(jié)靶mRNA代謝和細(xì)胞耐藥性的mRNA內(nèi)部m7G結(jié)合蛋白。