在原生生物界、植物界和動(dòng)物界中, 遺傳物質(zhì) DNA和RNA上存在著廣泛的核酸化學(xué)修飾。這一 特性顯著拓寬了基因組的多樣性, 是調(diào)控核酸從轉(zhuǎn) 錄到轉(zhuǎn)錄后表達(dá)的重要手段。然而, 與含有20種 不同氨基酸殘基的蛋白質(zhì)相比, RNA通常只有4種堿 基(A、U、G、C)。為了實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)和功能的多樣性, RNA甲基化修飾作為轉(zhuǎn)錄后水平的主要調(diào)控方式, 在許多生物學(xué)過程中必不可少。

研究表明, mRNA(messenger RNA)、tRNA(transfer RNA)、rRNA(ribosomal RNA)、長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)和非編碼小RNA包括 miRNA(microRNA)、siRNA(small interfering RNA)、piRNA(piwi-interacting RNA)]等各類RNA上均存在著各種不同的化學(xué)修飾。這些轉(zhuǎn)錄后的修飾分別由甲基轉(zhuǎn)移酶(Writers)和去甲基轉(zhuǎn)移酶(Erasers)在特定位點(diǎn)上通過酶促反應(yīng)來安裝或移除, 而甲基化結(jié)合蛋白(Readers)可以讀取修飾信息并為下游功能的執(zhí) 行傳遞信號(hào)。不同的化學(xué)修飾是通過對(duì)應(yīng)的酶進(jìn)行催化形成的, 這些酶具有脫氨基(deamination)、甲基化(methylation)、糖基化(glycosylation)、硫醇化(thiolation)、轉(zhuǎn)糖基化(transglcosylation)和異構(gòu)化(isomerization)等多種功能。

化學(xué)修飾的多樣性, 以及不同位點(diǎn)上的修飾可影響RNA可變剪接、運(yùn)輸、 折疊、穩(wěn)定性等不同層面的功能。RNA修飾可直接影響RNA的化學(xué)性質(zhì), 包括所帶電荷、堿基配對(duì)、二級(jí)結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)-RNA相互作用等, 這些變化又通過控制 RNA加工、定位、翻譯和最終的衰變來調(diào)控基因表達(dá)。其中以m6A(N6- methyladenosine)、m1 A(N1 -methyladenosine)、5mC(5- methylcytosine)的RNA甲基化修飾最為常見。

1 RNA的m6A修飾

m6A就是在腺苷6位的N原子上插入一個(gè)甲基取代基，RNA轉(zhuǎn)錄本上的各種化學(xué)修飾中m6A含量最為豐富, m6A修飾的主要功能是影響RNA的翻譯和穩(wěn)定性。m6A甲基化修飾主要由相關(guān)的催化酶催化形成, METTL3(methyltransferase-like 3)和METTL14(methyltransferase-like 14)結(jié)合形成的異二聚體METTL3/METTL14是典型的m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物, 負(fù)責(zé)大部分哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi) mRNA的 m6A甲基化修飾。細(xì)胞內(nèi)m6A甲基化修飾水平不是靜態(tài)不變的, 其受到細(xì)胞內(nèi)外因素調(diào)控時(shí)具有動(dòng)態(tài)可逆性。細(xì)胞內(nèi)m6A甲基化修飾主要通過 RNA結(jié)合蛋白發(fā)揮生物學(xué)作用。

2 RNA的m1A修飾

m1A是由甲基轉(zhuǎn)移酶催化的另外一種重要的RNA轉(zhuǎn)錄后修飾 , 它廣泛存在于 tRNA、mRNA、rRNA以及線粒體 DNA編碼的轉(zhuǎn)錄本中。與m6A不同, m1A修飾的腺苷酸在N1位點(diǎn)發(fā)生甲基化。該位點(diǎn)位于沃森–克里克雙螺旋結(jié)構(gòu)的堿基配對(duì)界面 , 從而阻斷了腺嘌呤與胸腺嘧啶或尿苷的互補(bǔ)配對(duì), 并對(duì)局部RNA結(jié)構(gòu)或蛋白質(zhì)-RNA相互作用造成影響。

3 RNA的5mC修飾

RNA的5mC修飾是指RNA胞嘧啶的第5位C原子發(fā)生甲基化, 該修飾也是動(dòng)態(tài)可逆的, 主要以SAM 作為甲基供體, 在甲基轉(zhuǎn)移酶催化下形成。5mC修飾廣泛分布在rRNA、mRNA、tRNA、snRNA(small nuclear RNA)、miRNA、lncRNA和增強(qiáng)子相關(guān)的RNA(enhancer RNA, eRNA)中。RNA 5mC特異性甲基轉(zhuǎn)移酶包括 NSUN家族蛋白和DNMT2(DNA methyltransferase 2), 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是含有保守的半胱氨酸殘基 , 能夠以SAM為甲基供體, 催化甲基轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的RNA胞嘧啶殘基上。

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