時至今日,研究人員在細(xì)胞RNA中已發(fā)現(xiàn)超過170種修飾類型。我們愈發(fā)清晰地認(rèn)識到,m6A以及其他各類修飾,不僅能在轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮調(diào)控作用,還可在轉(zhuǎn)錄水平上將RNA代謝與染色質(zhì)狀態(tài)緊密相連,這一發(fā)現(xiàn)從根本上重塑了我們對基因表達(dá)調(diào)控的認(rèn)知。此外,隨著對RNA修飾機(jī)制研究的不斷深入,新的疾病檢測與治療策略正應(yīng)運而生。
2026年3月,芝加哥大學(xué)與新加坡國立大學(xué)攜手,在《Cell》期刊發(fā)表了一篇題為“RNA modifications in gene regulation: Functions and pathways”的綜述論文。
這篇綜述全面探討了RNA修飾領(lǐng)域近期取得的突破性進(jìn)展,以及未來值得探索的有前景方向。其中,著重關(guān)注了mRNA修飾的功能意義、染色質(zhì)相關(guān)調(diào)控RNA修飾在染色質(zhì)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控中嶄露頭角的新作用,還分享了能指導(dǎo)未來深入探究RNA修飾在基因表達(dá)調(diào)控中作用的機(jī)制見解。此外,綜述還著重強調(diào)了這些基礎(chǔ)研究理解如何逐步推動新型治療策略的研發(fā)進(jìn)程。
在科研探索的征程中,眾多研究逐步揭開了多種RNA修飾及其對應(yīng)蛋白質(zhì)效應(yīng)因子的神秘面紗。這些蛋白質(zhì)效應(yīng)因子被形象地命名為“寫入器”(writer)、“擦除器”(eraser)和“閱讀器”(reader),它們在RNA修飾的過程中分別扮演著添加、去除和識別修飾的關(guān)鍵角色。在眾多RNA修飾類型里,N6 - 甲基腺苷(m6A)無疑是最為常見且研究最為深入的內(nèi)部RNA修飾。不過,假尿嘧啶(Ψ)、2′ - O - 甲基化(Nm)、5 - 甲基胞嘧啶(m5C)、N7 - 甲基鳥苷(m7G)和N1 - 甲基腺苷(m1A)也毫不遜色,它們作為多種RNA類別中的關(guān)鍵調(diào)控因子嶄露頭角,在細(xì)胞的多種生理過程中對基因表達(dá)產(chǎn)生著廣泛而深遠(yuǎn)的影響。

m6A 及其他 mRNA 內(nèi)部修飾的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制與效應(yīng)因子

腫瘤微環(huán)境中 mRNA m6A 對細(xì)胞更新分化及免疫反應(yīng)的調(diào)控作用
近年來,轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)RNA修飾的高通量圖譜繪制技術(shù)迎來了一場重大變革。最初,相關(guān)技術(shù)主要基于抗體的甲基化RNA免疫沉淀測序(MeRIP - seq),隨著研究的深入,如今已發(fā)展到能夠?qū)崿F(xiàn)單堿基分辨率圖譜繪制、單細(xì)胞和長讀長測序方法。這些技術(shù)的不斷進(jìn)步,讓我們能夠?qū)Ω鞣NRNA修飾進(jìn)行全面且特定背景下的精準(zhǔn)表征,從而極大地推動了對其調(diào)控作用和內(nèi)在機(jī)制的研究進(jìn)程。

RNA 修飾、測序方法、效應(yīng)蛋白及分子功能
在轉(zhuǎn)錄后階段,mRNA的修飾如同一位精細(xì)的調(diào)控大師,掌控著整個RNA的生命周期,涵蓋了加工、剪接、核輸出、穩(wěn)定性維持、翻譯以及定位等各個環(huán)節(jié)。這些精細(xì)的調(diào)控機(jī)制對于在細(xì)胞動態(tài)變化過程中協(xié)調(diào)基因表達(dá)程序起著至關(guān)重要的作用,充分彰顯了它們在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、應(yīng)激適應(yīng)、干細(xì)胞維持、早期發(fā)育、免疫反應(yīng)以及神經(jīng)發(fā)生等各種生理和病理情況下的功能重要性。
自2020年起,該領(lǐng)域的研究又邁向了一個全新的前沿領(lǐng)域——染色質(zhì)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控中RNA修飾的探索。染色質(zhì)相關(guān)調(diào)控RNA(carRNA)是一類特殊的RNA,其中包括增強子RNA(eRNA)、啟動子相關(guān)RNA(paRNA)以及從重復(fù)(或逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子)元件轉(zhuǎn)錄而來的RNA(repeat RNA)。這些carRNA都攜帶有m6A、m5C以及可能存在的其他化學(xué)標(biāo)記。與組蛋白標(biāo)記介導(dǎo)的調(diào)控模式類似,carRNA上的這些修飾能夠被專門的“閱讀器”識別,進(jìn)而招募各種染色質(zhì)因子,例如組蛋白修飾酶、染色質(zhì)重塑因子、DNA甲基化機(jī)制和核RNA降解復(fù)合物等,共同調(diào)節(jié)局部染色質(zhì)狀態(tài)和轉(zhuǎn)錄活動。這種調(diào)控方式通常是順式作用,即對鄰近的基因發(fā)揮作用。與組蛋白尾部修飾有所不同的是,組蛋白尾部修飾可能缺乏內(nèi)在的序列背景,需要依賴其他蛋白質(zhì)因子來實現(xiàn)調(diào)控特異性;而carRNA上的修飾則能夠巧妙地利用宿主RNA序列來實現(xiàn)精準(zhǔn)的調(diào)控特異性。例如,在漫長的進(jìn)化過程中,數(shù)百到數(shù)千個基因位點內(nèi)或附近都編碼了不同的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子元件。這些重復(fù)RNA的修飾就像是一個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)樞紐,能夠整合多個轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò),從而同時協(xié)調(diào)大量基因集的轉(zhuǎn)錄調(diào)控,展現(xiàn)出其強大的調(diào)控能力。

染色質(zhì)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控中新興的 RNA 調(diào)控元件
在這篇精心撰寫的綜述里,作者對mRNA修飾的功能意義所關(guān)聯(lián)的通路與機(jī)制展開了全面且深入的總結(jié)。尤其著重強調(diào)了mRNA修飾在不同情境下所發(fā)揮的獨特作用以及相應(yīng)的調(diào)控方式,其中部分基礎(chǔ)性的深刻見解,已然為治療手段的開發(fā)提供了寶貴的線索與方向。
該綜述還濃墨重彩地介紹了將RNA修飾確立為染色質(zhì)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控全新層面的重大突破性進(jìn)展。這一發(fā)現(xiàn)猶如在基因調(diào)控的研究領(lǐng)域中開辟了一片嶄新的天地,為深入理解生命活動的奧秘提供了全新的視角。同時,作者也著重指出了當(dāng)前面臨的迫切需求,即需要進(jìn)一步開展深入研究,以識別出更多種類的染色質(zhì)相關(guān)調(diào)控RNA(carRNA)修飾,詳細(xì)闡明其內(nèi)在的作用機(jī)制,并明確它們在生物發(fā)育過程以及人類疾病發(fā)生發(fā)展中所扮演的關(guān)鍵角色。