上期內容詳細為大家介紹了什么是RNA堿基修飾以及m6A的前世今生，今天的文章圍繞m6A甲基化酶展開，盤點了m6A甲基化酶的種類及功能，一起來學習吧~

 圖1 m6A甲基化加工過程

m6A這種甲基化修飾被證明是可逆化的，包括甲基化轉移酶、去甲基化酶和甲基化閱讀蛋白等共同參與。其中甲基化轉移酶包括METTL3/14、WTAP和KIAA1429等，主要作用就是催化mRNA上腺苷酸發生m6A修飾。而去甲基化酶包括FTO和ALKHB5等，作用是對已發生m6A修飾的堿基進行去甲基化修飾。閱讀蛋白主要功能是識別發生m6A修飾的堿基，從而激活下游的調控通路如RNA降解、miRNA加工等。

表1 RNA甲基化酶類型總結

1．m6A甲基化轉移酶

甲基化轉移酶（methyltransferase）也叫Writers，是一類重要的催化酶，能夠讓mRNA上的堿基發生m6A甲基化修飾。METTL3、METTL14、WTAP和KIAA1492都屬于m6A甲基化轉移酶的核心蛋白。這些蛋白并不是各自孤立的，而是會形成復合物（complex）共同行使催化功能。由于酵母和線蟲等生物缺少這四種核心蛋白中的一種或幾種，所以m6A甲基化修飾屬于高等真核生物獨有的堿基修飾反應。

 圖2 METTL3-METTL14蛋白復合物晶體結構示意圖

結構生物學研究表明，METTL3和METTL14這兩種蛋白有關鍵的催化結構域，兩者之間會形成雜絡物（hetero complex）。其中METTL3是具有催化活性的亞基，而METTL14會在底物識別上起到關鍵作用。另外WTAP、Vir以及其他類型的factors也是雜絡物的重要組成部分。其中WTAP在招募METTL3和METTL14起到十分重要的作用。這些蛋白無論在體內（in vivo）還是體外（in vitro）都會一起對腺苷酸進行甲基化修飾。除了人和小鼠等哺乳動物，果蠅、酵母甚至擬南芥中也發現了類似的同源蛋白（homologous protein）。

2．m6A去甲基化酶

在真核生物中，已發現的m6A去甲基化酶主要包括FTO和ALKBH5等。FTO蛋白全稱Fat mass and obesity-associated protein，屬于Alkb蛋白家族中的一員并且與肥胖相關。1999年，FTO基因首次在小鼠中被克隆。2007年，三項獨立的隊列研究分別證實當FTO基因產生突變時，會增加肥胖的風險。同樣在小鼠模型中，FTO被敲除或過表達都會顯著改變小鼠的體重。2011年，芝加哥大學何川教授在全球首次證實，無論是在DNA還是RNA中，FTO蛋白都是一種十分重要的去甲基化酶。

 圖3 FTO蛋白屬于Alkb家族，都有特定的結構域對發生甲基化的堿基行使去甲基化的催化功能

FTO蛋白在核心結構域上與Alkb蛋白家族相似，但是C端獨有的長loop與Alkb家族其他蛋白有所不同。正是這種特有的結構域使得FTO蛋白能夠對發生甲基化的單鏈DNA或單鏈RNA進行去甲基化修飾。一旦FTO基因轉錄水平發生異常，會引起多種疾病如急性髓細胞白血病等。

ALKBH5是另一種重要的去甲基化酶，能夠對細胞核中的mRNA進行去甲基化修飾，在N端有丙氨酸富集區和獨有的卷曲螺旋結構（coiled-coil structure）。在細胞系中敲低ALKBH5后，mRNA上m6A修飾水平顯著上升。

3．m6A甲基化閱讀蛋白

發生m6A修飾的mRNA想要行使特定的生物學功能，需要一種特定的RNA結合蛋白——甲基化閱讀蛋白，也叫reader。RNA pull-down實驗已經鑒定了多種閱讀蛋白，包括YTH結構域的蛋白、核不均一核糖蛋白（hnRNP）以及真核起始因子（eIF）等。這些閱讀蛋白的功能主要包括特異性結合m6A甲基化區域，削弱與RNA結合蛋白同源結合以及改變RNA二級結構從而改變蛋白與RNA的互作。

 圖3 YTH家族蛋白含有YTH521-B同源結構域和P/Q/N-rich結構域

具有YTH結構域的蛋白包括YTHDC1-2和YTHDF1-3等。YTHDF1-3主要在胞漿中特異性識別m6A修飾的mRNA，而YTHDC1-2的作用部位主要在細胞核內。這些蛋白都在C端有YTH結構域，并且能夠與m6A motif有重疊從而介導RNA特異性結合，而脯氨酸/谷氨酰胺/天冬酰胺富集（P/Q/N-rich）結構域則與亞細胞定位有關。

eIF3蛋白能夠與RNA 5’端UTR上發生m6A修飾的堿基相結合，從而促進mRNA的翻譯。這是一種幾乎獨立于傳統的eIF4的激活翻譯起始的新機制，RNA在eIF3的作用下招募43s核糖體在5’端Cap形成蛋白復合物。

HNRNPA2B1作為hnRNP家族蛋白中的一員仍然能行使閱讀蛋白的功能。與YTHDC1蛋白不同的是，HNRNPA2B1與m6A修飾的堿基不能直接結合。HNRNPA2B1除了激活miRNA初級體（pri-miRNA）下游通路外還與miRNA前體（pre-miRNA）加工有關。

今天的內容講完啦，大家記得收藏起來慢慢學習哦~

下期預告：m6A檢測方法匯總及優劣勢比較