什么是表观转录组学？我们先来看看Wiki给的定义。

图1 中心法则上的表观修饰

说白了，就是RNA序列中核糖核苷酸不变，典型的就是生物课上学的A、C、G和U。但是在序列中加上点修饰，这样RNA能行使的功能作用发生了变化。能被修饰的细胞中RNA包括但不限于核糖体RNA（rRNA）、转移RNA（tRNA）、信使RNA（mRNA）和小核RNA（snRNA）。

RNA甲基化作为表观转录组的重要部分之一，是指在RNA分子上不同位置的核糖核苷酸发生甲基化修饰现象。RNA甲基化在调控基因表达、剪接、RNA编辑、RNA稳定性、控制mRNA寿命和降解等方面可能扮演重要角色。相对于DNA甲基化，RNA甲基化更加复杂，种类繁多，并普遍存在于各种高级生物中。

绝大部分真核生物中，mRNA在5’ Cap处存在甲基化修饰，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。

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以及编码区内部都有碱基发⽣修饰

这些修饰不仅发生在mRNA的头部和尾部，在RNA的内部也有许多甲基化修饰发生。6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine，m6A）和5-甲基胞嘧啶（C5-methylcytidine，m5C）是真核生物中最常见的两种RNA内部转录后修饰。

图3 mRNA上的修饰

2011年，芝加哥大学何川教授团队在Nat Chem Biol发表文章发现RNA修饰m6A是可逆的，脂肪量和肥胖相关蛋白（Fat mass and obesity-associated protein，FTO）介导其去除，揭示了m6A修饰潜在的动态性质，以及其功能相关性。从此m6A的研究逐渐受到更多学者的关注和参与。

图4 m6A可以通过FTO或ALKBH5主动去除

咱们用图说明什么是m6A，就是下面两图中红色的差异部分。

图5 腺嘌呤

图6 6-甲基腺嘌呤

⼀共有大三类酶参与m6A修饰动态过程：甲基化转移酶（Writers）、去甲基化酶（Erasers）和甲基化阅读蛋白（Readers）。

图7 m6A效应器：Writers、Erasers和Readers

甲基化转移酶（Writers）

甲基化转移酶（Methyltransferase）也叫Writers，是一类重要的催化酶，能够让mRNA上的碱基发生m6A甲基化修饰。已知Writers复合物包括甲基转移酶METTL3和METTL14、WTAP4以及其他相关蛋白，包括KIAA14295、RBM15/15B6 和 ZC3H137。

METTL3和METTL14在胚胎发育和神经发生等不同生物过程中发挥着重要作用。METTL3可以调控细胞重编程、精子发生、T细胞稳态及内皮-造血转化。METTL14是胶质母细胞瘤种的肿瘤抑制基因，在急性髓样白血病的发展和维持方面起到致癌作用。

图8 m6A Writers复合体通过共转录在细胞核中完成m6A写入。

去甲基化酶（Erasers）

在真核生物中，已发现的m6A去甲基化酶主要包括FTO和ALKBH5等。FTO蛋白全称Fat mass and obesity-associated protein，属于Alkb蛋白家族中的一员并且与肥胖相关。研究发现，FTO优先对m6A脱甲基。2011年，芝加哥大学何川教授在全球首次证实，无论是在DNA还是RNA中，FTO蛋白都是一种十分重要的去甲基化酶。

甲基化阅读蛋白（Readers）

发生m6A修饰的mRNA想要行使特定的生物学功能，需要一种特定的RNA结合蛋白——甲基化阅读蛋白，也叫Reader。RNA pull-down实验已经鉴定了多种阅读蛋白，包括YTH结构域的蛋白、核不均一核糖蛋白（hnRNP）以及真核起始因子（eIF）等。这些阅读蛋白的功能主要包括特异性结合m6A甲基化区域，削弱与RNA结合蛋白同源结合以及改变RNA二级结构从而改变蛋白与RNA的互作。

YTHDF1和YTHDF3协同作用可以提高目标mRNA的翻译效率。YTHDF2在 mRNA 稳定性方面发挥着一定的作用，提高靶点翻译效率。YTHDC1在m6A介导的选择性剪接方面具有重要意义。eIF3在翻译上游发挥增强作用。两种 HNRNP蛋白HNRNPC 和 HNRNPG 能调控含 m6A 的 RNA 转录本的处理，作为结构开关藏匿m6A，使这些转录本更容易结合。IGF2BP采用一种m6A依赖性方式来提高目标mRNA的稳定性和贮存。

图9 阅读蛋白的功能主要包括特异性结合m6A甲基化区域，削弱与RNA结合蛋白同源结合以及改变RNA二级结构从而改变蛋白与RNA的互作。

除此之外，甲基化阅读蛋白还参与不同的生物过程，包括肿瘤发生、血细胞生成、病毒复制、免疫应答和脂肪生成。

RNA的腺苷部分被m6A甲基化转移酶甲基化，如甲基转移酶样3/14（METTL3/14）和甲基转移酶样16（METTL16）。修饰后的m6A既可以被FTO和alkB同源物5（ALKBH5）擦除，也可以被介导下游RNA加工的甲基化阅读蛋白识别。例如，甲基化阅读蛋白YTH 6-甲基腺苷RNA结合蛋白F1（YTHDF1）可以促进m6A修饰的mRNA进行翻译，而YTHDF2则促进mRNA降解。这样就完成了m6A修饰动态过程。

图10 m6A修饰动态过程

以RNA甲基化为主要组成的表观转录组学逐渐成为科研和国自然热点，在新兴起领域的挖掘给我们更大的空间。今天咱们先简单聊了聊什么是m6A，后续会介绍更多关于表观转录组的研究方法、思路。沃林团队会给你的科研带来更多新思路！

参考文献

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