SUMO化修饰调控m6A RNA甲基化酶METTL3及其催化功能的一种...
SUMO化修饰调控m6A RNA甲基化酶METTL3及其催化功能的一种全新分子机制
RNA甲基化是目前最炙手可热的研究领域，近3个月以来，该方向影响因子10分以上的文章数量竟接近20篇。云序生物曾对RNA甲基化研究方法及思路进行了深度剖析，感兴趣的老师可浏览云序生物前期公众号（2018国自然热点二：RNA甲基化研究深度剖析）。
近三个月高分文章部分列表：
2月28日，又一篇RNA甲基化高分文章问世。上海交通大学医学院余健秀组在著名期刊《核酸研究》（影响因子：10.162）发表了题为“SUMOylation of the m6A-RNA methyltransferase METTL3 modulates its function”文章（云序生物提供全套RNA甲基化测序技术服务）。首次揭示SUMO化修饰调控m6A RNA甲基化酶METTL3及其催化功能的一种全新分子机制。
一篇10分以上好文章的课题设计总会先人一步，在我们还费尽心思寻找目前大热m6A RNA甲基化修饰酶时，大牛课题组已经开始研究这些酶本身所存在的翻译后修饰，以及这些修饰的存在对RNA甲基化所带来的影响，给我们带来了一道与以往不同的RNA甲基化盛宴：
研究思路：
此次余健秀课题组鉴定了METTL3的SUMO化修饰及其调控功能。他们发现，在细胞中敲低SUMO特异性蛋白酶SENP1可明显降低细胞内RNA的m6A修饰水平。这一修饰并未影响该蛋白的稳定性及其在细胞中的定位，也未改变该蛋白和METTL14及WTAP之间的相互作用。通过体内及体外实验，他们发现METTL3的SUMO化修饰可显著抑制其m6A甲基化转移酶的活性、促进特异癌细胞的克隆形成及肿瘤生成。稳定敲除METTL3后，结合m6A RNA甲基化测序（MeRIP-seq）及二代高通量测序（RNA-seq）手段，m6A RNA甲基化修饰图谱及下游mRNA表达图谱均发生显著改变。自此，METTL3借助SUMO化修饰调控下游mRNA m6A修饰及表达的论点完全成立。
研究一：METTL3 SUMO化修饰体内、体外鉴定
作者通过Ni+-NTA Pull Down发现METTL3主要受到SUMO1修饰，通过SUMO水解酶Senp1处理后，发现METTL3 SUMO修饰水平确实下降。细胞内源性表达METTL3也与SUMO1特异性互作，显著发生SUMO化。作者随后采用药物刺激细胞，发现体内METTL3 SUMO化水平会发生显著改变。体外实验证实二者之间具有相互作用，作者补充了Co-IP实验，体内证实METTL3 SUMO化水平受SUMO1调控。为了鉴定体内METTL3修饰位点，作者构建了一系列METTL3 K-R突变体，最终鉴定到，METTK3K177/211/212/215为SUMO化底物修饰位点。
研究二：METTL3 SUMO化修饰作用
蛋白质SUMO化修饰与其定位，稳定性及蛋白互作等生物过程相关，作者随后对METTL3 SUMO化修饰的生理功能在上述三个方向进行了验证。首先，作者通过Co-IP实验，发现METTL3 SUMO化并不影响其蛋白质本身的稳定性。随后作者排除了METTL3 SUMO化对其细胞定位的影响。最后作者发现METTL3 SUMO化程度的改变并不能影响其与METTL14或者WTAP之间的相互作用，至此，三种SUMO化经典机制都被排除掉。那么，依据对METTL3具有RNA甲基转移酶活性的认知，METTL3 SUMO化极有可能影响其酶活性。幸运的是，作者发现过表达METTL3后，细胞mRNA m6A甲基化修饰水平显著升高，但当同时提升METTL3 SUMO化修饰水平后，胞内mRNA m6A甲基化修饰水平显著下降。这一部分数据有利的证实了METTL3 SUMO化主要影响其m6A RNA甲基化转移酶活性。
研究三：METTL3 SUMO化转录组范围内调控
作者通过异位成瘤实验发现成瘤大小与体内m6A修饰水平负相关。作者补充METTL3-WT（正常SUMO化）及METTL3-4KR（非SUMO化）细胞系m6A
RNA甲基化测序（MeRIP-seq）及转录组测序（RNA-seq）分析，结果显示METTL3-4KR细胞系整体m6A修饰水平上升，尤其是在3’ UTR靠近Stop
Codon区域。转录组测序数据显示，METTL3敲除细胞系中分别表达METTL3-WT及METTL3-4KR后，大量转录本的表达量发生显著性改变。将两套高通量数据联合应用分析后，发现90个基因无论是m6A
RNA甲基化修饰水平或转录本表达量均发生显著性改变。上述实验证实METTL3 SUMO化会降低mRNA
m6A修饰水平，进而影响转录组表达水平，最终促进肿瘤的生成。
总结：
这项研究首次发现m6A
RNA甲基化修饰催化酶存在蛋白质修饰。研究组同时认为这些关键蛋白质肯定还存在其它蛋白质翻译后修饰（PTMs），有待被进一步发现，这些PTMs包括泛素化、磷酸化、甲基化、乙酰化等。本文在论文评审中，得到论文评审专家的高度肯定，其中一个referee指出，这项研究给m6A修饰调控带来了新元素，回答了METTL3如何自我调控的科学问题（“This
paper brings new element insight METTL3 SUMOylation and m6A
modification regulation, answering question of METTL3
self-regulation”）；有趣的是，另外一个referee还特意提到了余健秀实验室在SUMO研究领域中所取得的重大贡献（“Just
one more comment. I obviously am aware that the lab has made significant
contributions to the SUMO
field”）。上海交通大学医学院生物化学与细胞分子生物系余健秀研究员和赵娴博士后为该论文共同通讯作者，硕士研究生杜玉樟和联合培养博士研究生侯国芳为论文共同第一作者，陈国强院士和程金科教授也参与了该研究。此外，该研究还得到了浙江大学刘建钊研究员在质谱鉴定m6A修饰的大力帮助。云序生物很荣幸的参与到了这一项精彩的研究中，承担了m6A RNA甲基化测序工作及数据分析。作为国内最早开展RNA甲基化测序服务的科研服务单位之一，云序独家提供全面的m6A﹑m1A﹑m5C RNA甲基化测序技术服务，志在为各位老师的科研工作保驾护航。
作者简介：
余健秀,男，博士，现任上海交通大学医学院特聘教授、博士生导师。1990获华南农业大学学士学位，1996年、2000年分别获中山大学动物学与分子生物学硕士、博士学位。2009年9月至今，任上海交通大学医学院生物化学与分子细胞学系PI、特聘教授，癌基因及相关基因国家重点实验室特聘研究员。已在国际著名学术期刊Nature Chemical Biology, Molecular Cell, Nature Communications, EMBO J, Nucleic Acids Research等发表研究论文50多篇。主持国家自然科学重点、重大研究计划、面上项目以及国家科技部重大项目子项目等课题十多项，多次担任国家卫计委“重大新药创制”科技重大专项验收专家、国家自然科学基金医学科学领域学科评审组成员（二审专家）及国家自然科学基金委重大项目评审、验收专家。主要致力于（1）探讨蛋白质修饰在肿瘤发生发展的作用及其分子机制，首次鉴定了PTEN的SUMO化修饰，发现其直接介导PTEN膜结合而抑制肿瘤发生发展，解析了PTEN-PI3K-AKT通路的分子机制；（2）蛋白质修饰调控非编码RNA生成和代谢的作用机制，其系列研究揭示了由蛋白质修饰介导的非编码RNA调控网络和作用方式。如首次发现miRNA/siRNA作用效率受控于TARBP2的SUMO化修饰程度等。
参考文献：Circular RNA expression alteration in exosomes from the brain extracellular space after traumatic brain injury in mice
