藍斐團隊《Cell Reports》報道METTL5調(diào)控核糖體翻譯并促進腫瘤生長
核糖體是生命體內(nèi)提供蛋白合成的巨大機器，它由多種核糖體蛋白與核糖體RNA組成，是實現(xiàn)遺傳物質(zhì)表達的重要場所。蛋白翻譯是一個高度精細的調(diào)控過程，在這個過程中多種rRNA修飾參與其中，無論是細菌、酵母還是多細胞生物，均有研究證明核糖體RNA修飾對生物體的翻譯和生長有影響。隨著近年來高分辨率核糖體結(jié)構(gòu)的解析，人們發(fā)現(xiàn)了更多的多細胞生物特有的rRNA修飾位點，這些修飾的調(diào)控酶以及對翻譯的影響尚未可知，特異存在于多細胞生物中的功能和意義需要更多研究來闡釋。
哺乳動物的核糖體RNA上存在兩個m6A修飾位點，分別位于大亞基28S A4220位和小亞基18S A1832位。此前人們對mRNA上的m6A修飾研究較多，發(fā)現(xiàn)了催化mRNA上m6A修飾的調(diào)控酶與識別子，揭示了m6A修飾對于mRNA代謝活動中的重要性，并研究其在胚胎發(fā)育、腫瘤、生殖等多種生物學過程中的作用和意義。但是對核糖體RNA上的m6A修飾的調(diào)控，直到近兩年才有文章報道。
2020年12月22日，我院藍斐團隊在Cell Reports上報道了題為Ribosome 18S m6A Methyltransferase METTL5 Promotes Translation Initiation and Breast Cancer Cell Growth的文章，研究了18S rRNA m6A1832的甲基轉(zhuǎn)移酶METTL5的底物序列特異性，證明了METTL5能夠調(diào)控核糖體翻譯，促進乳腺癌腫瘤細胞生長，在線蟲中調(diào)控壓力應激、壽命以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)未折疊蛋白應激反應。
研究團隊通過體外酶活實驗，明確了METTL5對18S rRNA A1832位點具有特異性催化，而對已知的METTL3/METTL14復合物偏好的RNA底物沒有催化活性。在HEK293T細胞內(nèi)敲除METTL5，質(zhì)譜檢測同樣發(fā)現(xiàn)18S rRNA的m6A含量幾乎消失，而在mRNA (polyA+) 以及28S rRNA中，m6A含量未見明顯變化。
已知18S A1832位點位于核糖體的編譯中心(Decoding Center)，為了解釋m6A1832修飾在哺乳動物中存在的特殊意義，研究人員尋找了哺乳動物以及酵母和細菌的高分辨率核糖體電鏡結(jié)構(gòu)（酵母和細菌二者相對應的A位點不發(fā)生m6A修飾，可作為較好的參照）。比對酵母和細菌的編譯中心，含有m6A修飾的人A1832距離mRNA密碼子骨架的+2位磷酸根更近，很可能是由于N6位的一個氫離子被甲基取代后，導致的18S rRNA內(nèi)部配對強度改變而造成。而這一空間構(gòu)像的差異，也很可能影響了核糖體的翻譯活性。針對這一假想，研究者通過polysome profiling、AHA-Click、雙熒光素酶報告系統(tǒng)等實驗，證明了在METTL5缺失的細胞整體翻譯水平下降。生化試驗進一步證實翻譯起始因子與成熟核糖體結(jié)合減弱，與翻譯起始相關的p70-S6K磷酸化水平降低，細胞內(nèi)整體翻譯效率降低。
前期研究證實核糖體翻譯和細胞生長狀態(tài)密切相關，尤其是腫瘤細胞需要大量蛋白合成滿足生長增殖的需求，那么METTL5對于腫瘤生長是否有促進作用？在TCGA分析中，METTL5在多種腫瘤中存在拷貝數(shù)增加現(xiàn)象，研究團隊選取了乳腺癌進行研究，在多組臨床樣本中，METTL5表達量在腫瘤組織高于癌旁組織。通過特異性RNAi敲低多種乳腺癌細胞系中的METTL5，可見p70-S6K磷酸化水平降低，同時細胞生長受抑制，在多種乳腺癌細胞系中敲低METTL5細胞凋亡明顯增加。
為了在生物體水平上研究METTL5蛋白的功能，研究團隊在線蟲中敲除metl-5（線蟲中的同源基因），發(fā)現(xiàn)METL-5同樣特異性調(diào)控線蟲體內(nèi)18S rRNA m6A1717修飾。研究者詫異的發(fā)現(xiàn)METL-5缺失似乎并未給線蟲造成什么負面影響，而是突變體線蟲壽命延長、耐熱性提高，并伴隨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激反應（ER-UPR）的提高。而這些表型與已知的線蟲中核糖體功能受損表型較為一致，暗示METL-5在線蟲中發(fā)揮保守的功能，調(diào)控了核糖體翻譯功能。
關于METTL5作為18S rRNA m6A甲基轉(zhuǎn)移酶的研究，2020年已有多篇文章獨立報道其酶活性，并在多種生物學系統(tǒng)中研究（比如mESC分化、小鼠胚胎發(fā)育、線蟲耐受、果蠅行為等方面），相比于其他文章，本論文著重研究了METTL5的底物序列特異性和對于腫瘤細胞生長的影響。值得一提的是，其它同期文章中均未發(fā)現(xiàn)METTL5對于細胞生長的影響，但本研究卻報道了腫瘤細胞生長表型，而它能否成為治療腫瘤的靶點目前還在進一步研究中。而線蟲研究的結(jié)果也很有意思，雖然生命本身離不開蛋白翻譯，但一定程度上干擾翻譯活性，很可能獲得有益的性狀。
復旦大學生物醫(yī)學研究院榮博文和中科院遺傳與發(fā)育生物學研究所張茜為共同第一作者。復旦大學藍斐研究員、中科院遺傳與發(fā)育生物學研究所田燁研究員和同濟大學醫(yī)學院馬紅輝研究員作為共同通訊作者。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108544
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