RNA修饰发现提出了控制基因表达的新代码

芝加哥大学的科学家团队与特拉维夫大学的科学家们发现了一种新的细胞信号，为控制基因表达提供了一个有希望的新杠杆。该研究于2月10日在线发表在“ 自然 ”杂志上，描述了一种可以显着促进基因向蛋白质转化的小化学修饰。与其他最近的研究结果一起，这一发现丰富了分子生物学“中心法则”的一个关键新维度：内涵体。

“这一发现进一步打开了一个全新的生物学世界的窗口，供我们探索，”Chuan He，John T. Wilson杰出服务化学教授，UChicago霍华德休斯医学研究所研究员和该研究的高级作者说。“这些修改对几乎所有生物过程都有重大影响。”

分子生物学的中心法则描述了细胞途径，其中来自DNA的遗传信息被复制到临时RNA“转录物”中，其提供蛋白质产生的配方。自1956年弗朗西斯·克里克(Francis Crick)首次提出该理论以来，科学家们已经发现了对DNA和蛋白质进行多种修饰以调节这一过程。

然而，直到最近，科学家才开始专注于研究专门针对RNA步骤的动态修饰。在2011年，他的研究小组发现反转的最普遍的mRNA甲基N6甲基腺苷(米第一RNA脱甲基酶6 A)，这意味着甲基的加入和除去可显着影响这些信使和影响基因表达的结果，如也见过DNA和组蛋白。随后，科学家发现m6A的动态和可逆甲基化显着控制了大多数细胞信使RNA(mRNA)的代谢和功能，从而产生了蛋白质。

在新的自然研究中，来自UChicago和特拉维夫大学的研究人员描述了第二种功能性mRNA甲基化，即N1-甲基腺苷(m 1 A)。作者发现，与m 6 A 一样，这种小修饰在进化上是保守的，并且存在于人类，啮齿动物和酵母中。但它的位置和对基因表达的影响反映了一种新形式的表位转录控制，并提出了一个更大的细胞“控制面板”。

“m 1 A 的发现非常重要，不仅因为它自身具有影响生物过程的潜力，而且因为它验证了不仅存在一种功能修饰的假设，”他说。“在不同的位点可能会有多种修饰，每种修饰都可能带有不同的信息来控制mRNA的命运和功能。”

研究人员估计m 1 A存在于超过三分之一表达人类基因的转录本上。与未经处理的基因相比，甲基化基因表现出增强的翻译，在所有细胞类型中产生几乎两倍的蛋白质水平。这种增加表明m 1 A，如m 6 A，可能是细胞快速增强数百或数千种特定基因表达的机制，可能是在细胞分裂，分化或压力等重要过程中。

“mRNA是调节基因表达的最佳位置，因为它们可以编码来自转录的信息并直接影响翻译;您可以在一组基因中添加共有序列，并使用序列修饰来同时轻松控制数百个转录本，”他说。“如果你想快速改变几百或一千个基因的表达，这就是最好的方法。”

然而，尽管它们具有互补作用，但m 1 A和m 6 A通过不同途径对mRNA发挥作用。虽然研究发现m6A主要定位于信使RNA分子的尾部，增加其翻译和转换率，但发现m 1 A主要靠近mRNA转录物的起始密码子，其中蛋白质翻译开始。不同的机制可以允许更精细地调整转录后基因表达，或在不同生理情况下选择性激活特定基因。

“这项研究代表了一个突破性的发现，在'外转录组'这个令人兴奋的新生领域，这就是RNA的调控方式，类似于基因组和表观基因组，”威尔康奈尔医学副教授克里斯托弗梅森说，他不是附属的随着研究。“这项工作的重要之处在于，最近发现m6A在基因末端富集，现在我们知道m 1 A有助于调节基因的起始，这就揭示了许多关于揭示'表示基因组'的问题。代码'就像组蛋白代码或遗传密码一样。“

未来的研究将探讨m 1 A甲基化在人类发展，糖尿病和癌症等疾病中的作用，以及其作为治疗用途靶标的潜力。