RNA碱基修饰以及m6A的前世今生

N6-methyladenosine也叫m6A，是一种广泛存在于mRNA上的碱基修饰行为，成为近几年大热的研究方向。但是早在50年前，人们已经在RNA中发现了多种碱基修饰现象。除了传统的ACGU四种碱基外，Cohn等人已经在RNA上发现了全新的碱基位点修饰。Holley等人于1965年，首次在酵母的tRNA中鉴定了包括假尿苷（pseudouridine）在内的十余种不同的RNA修饰。当然最初这些碱基修饰大多发现于非编码RNA上如tRNA、rRNA等，后来人们发现mRNA中也存在大量的碱基修饰行为。

 图1 tRNA上广泛存在大量的碱基修饰，最高比例可达近30%

已知tRNA上发生碱基修饰的比例较高，会有各种各样的碱基修饰行为。tRNA修饰有助于提高翻译效率，维持其三叶草折叠二级结构的稳定性。人类的核糖体RNA（rRNA）上有超过200个碱基修饰位点，而剪切体RNA（spliceosomal RNA）上也有超过50个碱基修饰位点。

图2 真核生物mRNA上存在的各种碱基修饰行为，在5’和3’的UTR以及中间的coding region都有碱基发生修饰

目前科学家已经在RNA中鉴定了超过100种不同类型的碱基修饰行为。在真核生物中，5’端的Cap以及3’的ployA修饰在转录调控中起到了十分重要的作用，而mRNA的内部修饰则用于维持mRNA的稳定性。mRNA最常见的内部修饰包括了N6-腺苷酸甲基化（m6A）、N1-腺苷酸甲基化（m1A）、胞嘧啶羟基化（m5C）等。对于大热的m6A，截止当前，全球的科学家已经鉴定了参与m6A的许多酶，包括去甲基化酶、甲基化酶和甲基化识别酶等（将在下期进行详细介绍）。

 图3 m6A甲基化修饰和m6Am超甲基化修饰的概念

我们先来了解下什么叫m6A修饰。从图3中我们可以看到，右侧存在m6A甲基化修饰和m6Am超甲基化修饰。重复一下N6-methyladenosine就是m6A，一共分为2个大的结构。我们先来回顾下基础生物化学知识。左下角的是五碳糖，五碳糖的第二位C处的羟基发生脱氧就会变成脱氧核糖核苷酸（从RNA变成DNA），而发生甲基化后就是超甲基化。五碳糖第四位的C处通常会带有磷酸基，如果此处带有2个磷酸基团那么就叫ADP，如果带有三个磷酸基团那就是大名鼎鼎的ATP了。腺苷上的N6位发生甲基化时，就是我们所指的m6A。

早些年m6A的研究主要集中在mRNA5’Cap处的甲基化修饰，作用包括维持mRNA稳定性、mRNA前体剪切、多腺苷酸化、mRNA运输与翻译起始等。而3’ polyA发生的修饰有助于出核转运、翻译起始，以及与polyA结合蛋白一起维持mRNA的结构稳定。近几年关于mRNA的内部修饰（internal modification）的研究逐渐增多，包括N6甲基腺苷修饰（m6A）、N1甲基腺苷修饰（m1A）、甲基胞嘧啶修饰（m5C）、假尿苷修饰（Ψ）等。作为mRNA中最常见的甲基化修饰，m6A主要富集在mRNA的启动子区、终止密码子区以及RRACH motif内。

一旦参与m6A修饰的酶出现异常，将会引起一系列疾病，包括肿瘤、神经性疾病、胚胎发育迟缓等。此外，一些非编码RNA如lncRNA、tRNA、rRNA以及剪切体RNA在转录前后，也存在大量的碱基修饰活动。虽然近几年，关于RNA修饰的研究数量开始增多并慢慢成形，一些深入性的机制研究仍有大量的工作待全球的科学家去完成。但是无论如何，coding RNAs和non-coding RNAs上发生的动态修饰代表了一种全新的遗传信息调控方式。

下期预告：m6A甲基化酶（m6A甲基化转移酶、m6A去甲基化酶、m6A甲基化阅读蛋白）大解析