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RNA甲基化修飾是指發(fā)生在RNA分子上不同位置的甲基化修飾現(xiàn)象，是表觀轉(zhuǎn)錄組調(diào)控的一種重要形式，對RNA轉(zhuǎn)錄后調(diào)控以及惡性腫瘤等相關(guān)疾病的診斷和治療有重要意義。5-甲基胞嘧啶（m5C） RNA甲基化修飾是其中一種RNA修飾，這種甲基化修飾由一蛋白家族--m5C甲基化轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的（NSUN）,其在tRNA和rRNA中高豐度穩(wěn)定存在。已證實其功能涉及調(diào)控干細胞應(yīng)激、細胞毒性應(yīng)激、mRNA出核和植物細胞發(fā)育及基因表達等方面。那么今天小編給大家?guī)砹恕癿5C甲基化最新研究匯總”專欄，本期通過檢索收集了2019年最新發(fā)表的6篇m5C甲基化文獻，幫助大家更好了解m5C RNA甲基化研究方向,那下面我們一起來看看m5C甲基化近期有哪些新進展。表1. 2016-2019年國自然m5C表觀修飾研究中標明細 
1. 文章主題：m5C甲基轉(zhuǎn)移酶NSUN2參與線粒體tRNA修飾發(fā)表期刊：Nucleic Acids Research線粒體轉(zhuǎn)錄組中已檢測到胞嘧啶-5甲基化(m5C)，但其生物發(fā)生機制尚未得到詳細研究。作者與他的研究團隊利用m5C RNA甲基化測序技術(shù)，檢測到小鼠和人類中m5C甲基化轉(zhuǎn)移酶NSUN2參與線粒體tRNA甲基化修飾，且這種修飾主要發(fā)生在tRNA的48-50堿基位點處。作者采用限制性鄰近標記和免疫節(jié)結(jié)構(gòu)來證明NSUN2被導(dǎo)入哺乳動物線粒體基質(zhì)，利用NSUN2失活敲除小鼠、患者來源的成纖維細胞和人類細胞中的CRISPR/Cas9敲除三種基因模型，表明NSUN2對于幾種哺乳動物線粒體tRNAs的48、49和50位m5C的生成是必要的。作者證明NSUN2的失活在分化的細胞內(nèi)不會對線粒體tRNA的穩(wěn)定性與氧化磷酸化產(chǎn)生深刻影響。但是NSUN2基因突變的患者或者NSUN2敲除小鼠模型中，mt-tRNA的異常修飾可能影響線粒體編碼蛋白的翻譯，甚至擾亂不同細胞所需的能量代謝。
圖1. 小鼠肝組織在WT和NSUN2敲除鼠m5C甲基化位點統(tǒng)計 2. 文章主題：m5C修飾的缺失促進了表皮分化 發(fā)表期刊：Nature Communication實驗樣本：人皮膚成纖維細胞， Hela細胞，人胚胎干細胞，HEK293RNA修飾的存在和缺失是通過甲基化酶，去甲基化酶和識別蛋白的結(jié)合來調(diào)節(jié)RNA的代謝。然而，對于5-甲基胞嘧啶(m5C)，它是如何招募或排斥RNA結(jié)合蛋白，這在很大程度上是未知的。作者利用m5C RNA甲基化測序技術(shù)，破譯了m5C在非編碼VTRNA1.1上富集的過程。VTRNA1.1中第69位胞嘧啶的甲基化現(xiàn)象在人類細胞中頻繁發(fā)生，且僅由NSUN2介導(dǎo)，決定了VTRNA1.1的加工過程為小VTRNA (svRNAs)。作者鑒定了絲氨酸/精氨酸豐富的剪接因子2 (SRSF2)作為一種新的VTRNA1.1結(jié)合蛋白，通過非甲基化形式具有更高的親和力結(jié)合來抵消VTRNA1.1的處理作用。NSUN2和SRSF2共同協(xié)調(diào)了不同svRNA的產(chǎn)生。而作者和他的團隊證實了svRNAs在調(diào)節(jié)表皮分化過程中的功能作用，通過RNA-pull down 和RIP技術(shù)揭示了m5C在涉及SRSF2的VTRNA1.1處理過程中發(fā)揮著直接作用，這對有效的細胞分化至關(guān)重要。
圖2. NSUN2和SRSF2共同作用促進表皮細胞的分化
3. 文章主題：mRNA -m5C甲基化譜鑒定 發(fā)表期刊：Nature structural & molecular biology
5-methylcytosine（m5C）修飾存在于tRNA和rRNA中，然而對于mRNA上是否存在m5C修飾，學(xué)界存在很大的爭議。本文作者利用m5C RNA甲基化測序建立了一套新穎的生物信息學(xué)計算流程過濾噪音，得以精確的定位mRNA 上m5C，進一步對7個人類組織與10個小鼠組織中轉(zhuǎn)錄組進行測序分析，分別確認了3212與2498個高置信度位點。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同組織中mRNA m5C位點的數(shù)量與甲基化水平有很大差異。在人和小鼠的睪丸、肝臟、心肌和骨骼肌，mRNA上有數(shù)百個高置信度的m5C位點，而在其他的一些組織則寥寥可數(shù)。另外，這些m5C位點在人和老鼠之間并不保守，說明它們很可能是受到順式調(diào)控的。這項研究開發(fā)的方法為mRNA m5C的研究提供了新的工具；其構(gòu)建的哺乳動物mRNA m5C 精確圖譜為發(fā)現(xiàn)mRNA上m5C修飾的調(diào)控和功能奠定了堅實的基礎(chǔ)。
圖3. 人與小鼠mRNA m5C表達譜
4. 文章主題：古細菌NSUN6催化特異tRNA m5C修飾 發(fā)表期刊：Nucleic Acids Research人類NOL1/NOP2/Sun RNA甲基轉(zhuǎn)移酶家族成員6 (hNSun6)在4個特異性tRNA的C72位點產(chǎn)生5-甲基胞嘧啶(m5C)，其同源性僅存在于較高的真核生物和嗜高溫古生菌中。該研究團隊通過m5C RNA甲基化測序，發(fā)現(xiàn)嗜熱古細菌中編碼NSUN6同源基因的基因是PH1991。同時作者證明PH1991蛋白可以在體外催化一些特定的PhtRNA上形成m5C72，值得注意的是，PhNSUN6具有比hNSUN6更廣泛的tRNA底物，PhNSUN6可以催化11個具有U73或G73活性的PhtRNA形成m5C72，通過生物化學(xué)和結(jié)晶學(xué)實驗進一步闡明了其作用機理。該研究揭示了m5C72修飾的PhtRNAs比未修飾的PhtRNAs熱穩(wěn)定性略高，但這并不影響PhtRNAs的氨基酸接受活性，其研究成果為真核和古菌NSun6的進化模型及其tRNA識別機制提供了依據(jù)。
圖4. PhNSUN6在體外催化m5C72修飾PhtRNA Cys (GCA)和3個PhtRNA Thr等受體
5. 文章主題：m5C修飾參與植物遠距離的系統(tǒng)轉(zhuǎn)運 在植物中，轉(zhuǎn)錄本有時會從產(chǎn)生部位移動到距離較遠的組織器官中，作為系統(tǒng)信號調(diào)控生長發(fā)育。數(shù)千個信使RNA會通過韌皮部越過嫁接位點，轉(zhuǎn)運到距離較遠的組織部位中發(fā)揮功能。但關(guān)于該過程的了解不多，包括結(jié)構(gòu)基序、被轉(zhuǎn)運的轉(zhuǎn)錄本上潛在的堿基修飾以及這些特性如何影響這些轉(zhuǎn)錄本的移動。作者在本文中通過m5C RNA甲基化測序方法鑒定了擬南芥中具有m5C修飾剪輯的mRNA，并且發(fā)現(xiàn)這些mRNA顯著富集之前是可移動、能夠跨越嫁接位點到距離較遠組織部位的轉(zhuǎn)錄本。另外，作者發(fā)現(xiàn)在mRNA m5C甲基化缺陷的突變體中，嫁接移動、被甲基化的TCTP1和HSC70.1基因的轉(zhuǎn)錄本消失?？偠灾?，本文的研究揭示了植物中胞嘧啶甲基化在系統(tǒng)性mRNA移動中的作用，并且表明TCTP1基因mRNA的移動對于其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能的實現(xiàn)是必需的。
圖5. mRNA m5C和富集移植物移動轉(zhuǎn)錄本的鑒定
6. 文章主題：RNA m5C修飾連接蛋白合成和細胞代謝 本文作者團隊利用m5C RNA甲基化測序技術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)m5C RNA甲基轉(zhuǎn)移酶NSUN2是作為外部應(yīng)激刺激的傳感器，氧化應(yīng)激有效抑制NSUN2的表達，導(dǎo)致特定tRNA位點的甲基化降低。通過代謝譜分析，作者還發(fā)現(xiàn)tRNA甲基化的缺失捕獲了處于不同分解代謝狀態(tài)下的細胞。這種NSUN2的缺失改變了tRNA衍生的非編碼片段(tRFs)在應(yīng)激下的生物發(fā)生，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成調(diào)控受損，而tRFs的一個特定亞群的細胞內(nèi)積累又與全球蛋白合成的動態(tài)抑制有關(guān)。同時NSUN2驅(qū)動的RNA甲基化在功能上需要使細胞周期進展適應(yīng)早期應(yīng)激反應(yīng)。綜上所述，文章揭示了tRNA甲基化譜的變化足以說明細胞代謝的狀態(tài)，并有效地使蛋白質(zhì)合成速率適應(yīng)細胞應(yīng)激，為RNA甲基化參與蛋白合成和細胞代謝穩(wěn)態(tài)機制提供了依據(jù)。
圖6. NSUN2通過促進合成代謝細胞狀態(tài)來調(diào)節(jié)新陳代謝
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