这篇27分重磅综述详解m6A与信号通路之间的关系，为你揭秘m6A受追捧的原因!

2022-06-21 08:06

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绝不能错过的m6A

m6A有多火我已经不想说了，你可以看看我们之前推送过的《CNS热点、国自然热门，m6A的前世今生》，如果想进阶，那可以再看看《两个月内频登高分期刊，此热点凭什么如此受追捧？》、《这个研究热点的重磅数据库！错过真要悔一生》、《蹭国自然热点，发15分文章！》。

2021年4月4日，美国俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学的Chengfeng Yang教授在《Molecular Cancer》发表了题为《The m6A RNA methylation regulates oncogenic signaling pathways driving cell malignant transformation and carcinogenesis》的综述，详细阐述了m6A对多个致癌通路的影响和调节作用。对于那些想要研究m6A的同学来说，此文可谓是大有帮助！

为了帮助大家更好吸收综述的内容，本娃在阅读综述的时候，也给大家翻译了遍，希望能给大家带来有真正价值的“学术营养”。

摘要

RNA甲基化m6A 是哺乳动物mRNA中最普遍的内部修饰，可通过调节重要的细胞过程来发挥关键性的生物作用。在许多病理情况下，特别是在癌症中，经常可以观察到由于其调节蛋白的异常表达而导致m6A修饰失调。正常细胞会通过复杂的机制来激活或调控不同的致癌信号通路而发生恶性转化。越来越多的研究证据显示，在表观转录组水平上对致癌信号通路的调控也增加了额外的复杂度。

特别是，最近的研究表明，在许多类型的癌症中，多种致癌信号途径受到靶标mRNA以及非编码RNA中的m6A修饰所调控。这些RNA分子中的m6A修饰可通过调节其稳定性、翻译或亚细胞定位来控制其命运和代谢。在本篇综述中，我们讨论了最近关于由m6A RNA修饰和其调节因子在癌症中调节致癌信号通路的研究，并展示了进一步研究的前景。m6A修饰及其调节剂对致癌信号通路的调节也使它们成为治疗癌症的潜在药物靶点。

背景

癌变是一个复杂的过程，源于特定细胞群的遗传和表观遗传所发生的变化。传统意义上的表观遗传变化是指不同的基因表达模式导致不同的表型特征，包括DNA甲基化的改变、组蛋白修饰或染色质结构的重塑。近年来，RNA转录后修饰也被发现是另一种表观遗传的基因表达调节机制。在各种RNA转录本（包括编码和非编码）中广泛存在核苷酸修饰已经产生了一个全新的概念，即“表观转录组学”。

在所有的修饰中，m6A是mRNAs和lncRNAs中最丰富的内部修饰。在mRNAs中，m6A修饰位点在5′-UTRs、终止密码子附近、3′-UTRs和内部的长外显子中高度富集。m6A最常出现在共识序列RRACH中（R=G/A/U，A=m6A，H=U/A/C），这种序列大约每85个核苷酸就出现一次。因此，每个mRNA转录本发生m6A修饰的频率大概是3-5个位点，占哺乳动物mRNA中所有腺苷酸的0.1-0.4%。由于m6A修饰的重要功能已在多种细胞过程中被发现，m6A修饰及其调节因子的失调已被发现与各种人类疾病有关，特别是各种类型的癌症。在本文中，我们讨论了一些最近的研究成果，这些成果证明了m6A在调节细胞致癌信号通路中的作用。

m6A修饰的调节

m6A修饰是一个高度动态且可逆的过程，其过程需要负责修饰的酶，称为“writer”，去除甲基化的酶称为“eraser”，识别修饰的酶称为“reader”（图1）。每一类调节因子的成员都会以一种协调的方式共同起作用，以维持细胞内m6A水平的稳态平衡。

Writers

m6A writer是甲基转移酶，催化甲基从S-腺苷蛋氨酸（SAM）转移到腺苷（A）的N-6位置。1994年，甲基转移酶首次被确定为一种多组分的复合物。METTL3和它的同系物METTL14后来都被确定为该复合物的两个组成部分。在METTL14被发现后不久，WTAP被发现是哺乳动物甲基转移酶复合物中另一个发挥作用的组成部分。METTL3和METTL14都具有甲基转移酶活性并可形成稳定的异源二聚体，而WTAP则没有，尽管它们都有相同的RNA结合基序。失去任何一个成分都会明显降低m6A水平以及细胞活力。RBM15和它的同系物RBM15B后来也被报道为复合物的一部分，可促进复合物被招募到RNA分子的特定位点。

最近，人们发现了其他一些成分，VIRMA/KIAA1429、HAKAI和ZC3H13可与该复合物的其他成分相互作用，从而形成一个大型的多组分复合物。在这个复合物中，VIRMA作为支架蛋白可将WTAP、HAKAI和ZC3H13结合到一起，为METTL3和METTL14创造结合位点，以有利于它们发挥最佳催化功能。除此以外，最近还发现了一个独立的m6A writer，称为METTL16，它可以催化snRNA、U6 snRNA和其他非编码RNA（lncRNAs）中的m6A修饰。

Eraser

FTO是第一个被发现的m6A去甲基化酶，它可调节细胞能量平衡并与肥胖有关。FTO作为m6A去甲基化酶的作用也进一步揭示了它与基因表达调控的关系。ALKBH5则是第二个被确定为m6A eraser。FTO和ALKBH5都属于Fe2+/α-酮戊二酸依赖性双氧酶家族，能够识别单链DNA和RNA分子中腺嘌呤和胞嘧啶的甲基化。在哺乳动物细胞中，也已经发现了一些ALKB的同系物，包括ALKBH1-8、FTO和Tet1-3，但除了FTO和ALKBH5之外，它们都没有表现出对mRNAs或lncRNAs的底物特异性。ALKBH3被发现是一种新的m6A去甲基化酶，但它也只对tRNAs表现出底物特异性。

Reader

虽然甲基化和去甲基化是由writer和eraser进行的，但决定修饰的功能结果的却是 "reader"。YTHDF1-3被发现的第一组m6A reader。随后，在一项确定RNA结合模式的研究中，含YTHDC1被确定为一个新的m6A reader。该家族的第五个成员YTHDC2是一种RNA解旋酶，与其他家族成员一样也含有YTH结构域，但区别于其他成员的特征是其螺旋酶结构域也可促进RNA的结合。m6A介导的构象变化被称为“结构转换”，也有助于暴露蛋白质中的RNA结合基序（RBMs）（否则就会被埋在其原始结构中），从而产生一组新的m6A reader。

人们还发现m6A修饰对mRNA和lncRNA的结构改变有利于hnRNPC的结合，后者通过识别m6A促进pre-mRNA的加工。该m6A reader家族的另一个成员hnRNPA2B1在RNA的剪接和microRNA（miRNA）的加工中起重要作用。蛋白质翻译通常需要mRNA的5′-cap。eIF3被确定为m6A reader，其能够在单5′-UTR m6A存在的情况下以不依赖于cap的方式启动蛋白质的翻译。Huang等人将一类独特的RNA结合蛋白命名为IGF2BP1-3，其也被确定为m6A reader。这些蛋白可与Hu抗原R（HuR）共同识别转录本中的m6A修饰，并通过防止转录本降解而使其保持稳定。

writer、eraser和reader的亚细胞定位在决定m6A修饰的转录本的命运及其生物学功能方面起着关键作用（表1）。m6A reader和eraser共同定位在核斑点（nuclear speckles），这是mRNA加工和储存的主要场所，它们在那里对靶标转录本发挥甲基化和去甲基化的作用。reader蛋白在细胞核和细胞质都有分布，这也表明了它们功能的多样性。YTHDF1-3和YTHDC2主要定位在细胞质中，而YTHDC1则存在于细胞核中。YTHDF1可识别终止密码子周围的m6A修饰，促进mRNA的翻译。YTHDF2识别不翻译的mRNA并加速其降解。

YTHDC1则通过促进剪接因子SRSF3或抑制SRSF10来调控剪接事件。它还能与核RNA输出因子1（NXF1）相互作用，以促进mRNA从细胞核中输出。YTHDC2和YTHDF3则能以背景依赖性（context-dependent）的方式增强mRNA的翻译或促进mRNA降解。hnRNPs定位于细胞核中，hnRNPC能与之结合并控制nascent RNA转录本的加工。IGF2BPs（IGF2BP1-3）与P小体中的HuR共定位，并在热休克期间转移到应激颗粒中，保护mRNA转录本免受降解。据报道，它们还通过调节可变剪接而参与mRNA翻译。

m6A甲基化所调控的致癌信号通路

癌变过程涉及到关键信号分子的异常表达，而这些信号分子受到编码基因的严格调节。鉴于m6A修饰在基因表达调控中的作用，我们可以推测m6A可能会通过上调或下调细胞信号的重要组成部分来促癌。在本文中，我们回顾总结了关键信号通路中因m6A修饰而异常表达/激活/失活的关键信号分子以及作用于它们的调节因子（图2，表2）。

Wnt/β-catenin通路

Wnt/β-catenin通路在发育过程以及维持成人组织稳态方面发挥着重要作用。该信号通路的关键成分是糖蛋白Wnt，它可从驻留的效应细胞表面或从中释放。Wnt与靶细胞表面的受体复合物结合，该复合物含有Frizzled（Fz）蛋白和低密度脂蛋白（LDL）受体相关蛋白（LRP）5/6。细胞内的多种蛋白参与了Wnt介导的信号转导，包括Dishevelled（Dvl）、GSK-3、Axin、APC和β-catenin。

在没有配体结合的情况下，细胞质中的β-catenin会不断被包含有Axin、APC、GSK-3和丝氨酸-苏氨酸激酶CK1的破坏复合物降解。当Wnt与Fz和LRP5/6的受体复合物结合时，Dvl被招募过来将LRP磷酸化，并将Axin复合物招募到LRP的磷酸化尾部，破坏Axin支架的破坏复合物（destruction complex），并抑制β-catenin的磷酸化和蛋白体的降解。因此，β-catenin可在细胞质中积累并转移到细胞核中，在细胞核中与TCF/Lef1转录复合物相互作用并激活该复合物，从而启动Wnt激活的基因表达。

在不同的癌症类型中都已观察到m6A修饰及其调节蛋白的表达会改变Wnt/β-catenin信号通路。METTL3也已被发现会在肝母细胞瘤（HB）中高表达，并与晚期临床特征如血管侵犯、远处转移或HB复发有关。在分子水平上，已发现miR-186可直接靶向METTL3，并通过直接与METTL3 mRNA的3′-UTR结合而减少其表达。在HB肿瘤中，miR-186的表达会明显下调，而导致METTL3蛋白高表达。miR-186/METTL3轴也已被发现可以调节Wnt/β-catenin信号通路，促进HB的细胞增殖、迁移和侵袭。

由于METTL3的高表达和miR-186的低表达，Wnt/β-catenin通路的相关蛋白如β-catenin、APC、CCND1和c-myc也被发现会过表达。METTL3还通过增加Wnt/β-catenin通路中重要基因的m6A水平来调节HB的Wnt/β-catenin通路，如CTNNB1、CCND1、NKD1等。在HB中，已经发现METTL3和编码β-catenin的CTNNB1基因之间存在显著的正相关。敲除METTL3可降低CTNNB1的表达和稳定性，这表明CTNNB1是METTL3在HB细胞中的直接下游靶标。

据报道，m6A mRNA甲基化在对PARP抑制剂（PARPi）耐药的BRCA突变的上皮性卵巢癌（EOC）中也起到了致癌作用。研究还发现，由于FZD10 mRNA 3'UTR区域的m6A甲基化水平增高，FZD10这个受体和Wnt/β-catenin信号的调节因子也会上调。虽然METTL3和METTL14的水平在这些细胞中没有明显增加，但去甲基化酶FTO和ALKBH5被下调，这也足以增加FZD10 mRNA中的m6A水平。此外，在这些细胞中，m6A reader IGF2BP2发生上调，它可以起到稳定那些含有m6A的mRNA的作用。因此，FZD10 mRNA中m6A的增加可以上调细胞核中β-catenin的水平，从而上调其靶基因FOSL1和CCND1。

在人类骨肉瘤（OS）中，METTL3和m6A甲基化发生上调，激活致癌性Wnt/β-catenin信号。LEF1是Wnt信号途径的重要组成部分，也是METTL3的目标。随着METTL3的上调，LEF1 mRNA的m6A甲基化增加，从而也增加了其稳定性并导致Wnt/β-catenin途径被激活。由于Wnt/β-catenin途径的激活，ALKBH5的低表达与胰腺癌的进展和化疗抵抗性增加有关。ALKBH5的过表达可通过m6A去甲基化介导的Wnt抑制因子-1（WIF-1）的上调而阻断Wnt/β-catenin通路，但在胰腺癌中，ALKBH5的下调则克服了这一障碍。

研究发现，m6A reader YTHDF1过表达后通过激活Wnt/β-catenin途径而与与结直肠癌（CRC）的进展呈正相关关系。在CRC细胞中，YTHDF1可识别Wnt信号组分FZD9和WNT6的m6A修饰的转录本，并增强其翻译。异常上调的FZD9和WNT6蛋白随后可激活Wnt/β-catenin通路，促进肿瘤的发生和CRC干细胞的形成。YTHDF1的过表达还可通过m6A介导的FZD7 mRNA的翻译和Wnt/β-catenin的过度激活而与胃癌进展相关。

PI3K-Akt-mTOR通路

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来源: qq

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