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哈佛医学院施扬团队开发新的质谱方法 鉴定了m6Am甲基转移酶

文章来源: iNature       发布时间:2019-07-05

mRNA修饰在调节基因表达中起重要作用。最丰富的mRNA修饰之一是N6,2-O-二甲基腺苷(m6Am)。2019年7月3日,哈佛大学医学院教学附属波士顿儿童医院施扬等人在Molecular Cell 在线发表了题为“PCIF1 Catalyzes m6Am mRNA Methylation to Regulate Gene Expression”的文章,该研究证明m6Am是由PCIF1(磷酸化的CTD相互作用因子1)介导的进化上保守的mRNA修饰,其催化位于mRNA的m6A 5'末端的2-O-甲基化腺嘌呤上的甲基化。此外,PCIF1仅在体外和体内催化加帽的mRNA的5'm6Am甲基化但不催化内部m6A甲基化。


哈佛医学院施扬团队开发新的质谱方法 鉴定了m6Am甲基转移酶


该研究开发了一种新的高灵敏度的质谱方法,同时提出m6Am是通过抑制了帽依赖性翻译,而不是改变mRNA的稳定性,但会对甲基化mRNA的帽依赖性翻译产生负面影响。该研究鉴定了唯一的人mRNA m6Am甲基转移酶,并通过PCIF1介导的m6Am mRNA甲基化证明了基因表达调控的机制。


哈佛医学院施扬团队开发新的质谱方法 鉴定了m6Am甲基转移酶


mRNA的化学修饰是实现基因表达调节中的重要步骤。近阶段的研究热点之一是N6-甲基腺苷(m6A),其存在于多种mRNA上,通常聚集在终止密码子周围。m6A由METTL3-METTL14复合物催化,并且该修饰通过影响mRNA的定位、稳定性、剪接或翻译来调节基因表达。另一种丰富的mRNA修饰是N6,2-O-二甲基腺苷(m6Am),其发生在mRNA帽附近。真核mRNA的5'末端通常携带通过三磷酸连接与mRNA的其余部分连接的7-甲基鸟苷(m7G)帽。


m7G帽后的第一个核苷酸可以在核糖上甲基化。如果该第一核苷酸是2-O-甲基腺苷(Am),则可以在其N6位置进一步甲基化以产生m6Am。虽然已知介导Am甲基化的甲基化酶,但尚未鉴定出负责产生m6Am的甲基转移酶,因此,m6Am对基因调控的影响仍然很大程度上未被探索。


为了研究m6Am的生物学意义,研究人员开发了一种高灵敏度的质谱方法(液相色谱 - 串联质谱; LC-MS / MS)来检测和定量m6Am。m7G帽和mRNA的第一个核苷酸之间的三磷酸键通常不被用于产生单核苷的酶切割分析。因此,在不去除m7G帽的情况下,在人mRNA中仅可检测到内部m6A和Am修饰。另一方面,仅在用去封闭酶处理后才可检测到m6Am,表明m6Am限于与mRNA的m7G帽相邻的第一个核苷酸。使用该方案,通过LC-MS / MS分析从各种模型生物中分离的mRNA。


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虽然在裂殖酵母,线虫或果蝇样本中未检测到m6Am,但从斑马鱼,小鼠和人类细胞分离的mRNA产生m6Am,表明m6Am是本实验测试的所有脊椎动物生物体中的保守mRNA甲基化。


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文章总结


虽然这些报告证实了这里提出的大多数研究结果,但一些关键方面仍然存在争议,特别是关于m6Am在翻译中的作用。此外,RNA序列和结构,潜在m6Am读取蛋白的结合或其他调节机制可能会以转录物特异性方式改变m6Am的生物学效应。


该研究发现m6Am是通过抑制了帽依赖性翻译,而不是改变mRNA的稳定性。鉴于转化的调控已涉及多种生物学环境,从应激到肿瘤发生,PCIF1作为唯一的、保守的甲基转移酶,其鉴定有望为研究PCIF1对m6Am的标记开辟新途径。


关于甲基转移酶


已知有各种不同的转甲基酶,以S-腺苷蛋氨酸、甜菜碱(betain)和二甲基噻亭(dimethylthetin)作为甲基的供体,把氨基、羟基、硫氢基(thiol)甲基化。结合在四氢叶酸上的活性C1单位的还原而生成甲基,通过5-甲基四氢叶酸转甲基酶与同型半胱氨酸(homocysteine)被甲基化而生成蛋氨酸。这种酶是以钴胺酰胺(cobami-de)作为辅酶的。


关于哈佛医学院


哈佛医学院(HMS)即哈佛大学医学院,是世界上最顶尖级的医学院,它因高超的医学技术与每年录取的学生最少而闻名世界。

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