核糖体是细胞中最精密的大分子机器,由多种核糖体蛋白与核糖体RNA组成。哺乳动物的核糖体RNA上存在两个m6A修饰位点,分别位于大亚基28S A4220位和小亚基18S A1832位。人们通常着重于mRNA上的m6A修饰研究,而对核糖体RNA上的m6A修饰的调控,研究甚少。
复旦大学生物医学研究院的团队研究了18S rRNA m6A1832的甲基转移酶METTL5的底物序列特异性,阐明了METTL5能够调控核糖体翻译,促进乳腺癌肿瘤细胞生长。
(1)METTL5对18S rRNA A1832位点具有特异性催化
经体外RNA甲基化测定和高效液相色谱-质谱 (HPLC-MS)分析,明确了METTL5对18S rRNA A1832位点(UAACA)具有特异性催化,而对METTL3/METTL14复合物偏好的RNA底物没有催化活性。在HEK293T细胞内敲除METTL5,质谱检测发现18S rRNA的m6A修饰显著减少,而在mRNA (polyA+) 以及28S rRNA中,m6A含量未见明显变化。

(2)METTL5缺失导致细胞整体翻译水平下降
研究者通过polysome profiling验证m6 A1832修饰的丢失是否会导致核糖体功能和多核糖体谱的改变。在分析中,与从亲代 HEK293T 细胞分离的核糖体相比,我们观察到METTL5-KO细胞中多核糖体部分的显着减少,核糖体显示出80S单核糖体的积累(图 3A )。这些发现表明,组装形成80S核糖体的亚基在METTL5-KO细胞中基本上不受影响,但能够继续进入多核糖体部分进行主动翻译的80S核糖体要少得多。WB试验进一步证实翻译起始因子与成熟核糖体结合减弱,与翻译起始相关的p70-S6K磷酸化水平降低,细胞内整体翻译效率降低。
(3)18S A1832位点甲基化修饰引起空间构像变化,影响翻译活性
高分辨率核糖体电镜结构下,含有m6A修饰的人A1832距离mRNA密码子骨架的+2位磷酸根更近,很可能是由于N6位的一个氢离子被甲基取代后,导致的18S rRNA内部配对强度改变。
(4)METTL5 蛋白在乳腺癌中升高,是乳腺癌细胞系最佳生长所必需的
癌症基因组图谱 (TCGA) 分析揭示了乳腺癌和其他几种癌症中的METTL5 表达增加。为了探索 METTL5 与乳腺癌的联系,我们收集了 10 对乳腺癌肿瘤组织和相应的肿瘤旁组织作为对照。我们发现,与瘤旁组织相比,10 对肿瘤组织中有7对METTL5蛋白水平上调。
通过特异性RNAi敲低多种乳腺癌细胞系中的METTL5,可见p70-S6K磷酸化水平降低,同时细胞生长受抑制,在多种乳腺癌细胞系中敲低METTL5细胞凋亡明显增加。
小结:
该研究着重研究了METTL5的底物序列特异性和对于肿瘤细胞生长的影响。而它能否成为治疗肿瘤的靶点目前还需要进一步研究。