华中农大殷平课题组与中科院武汉物数所唐淳课题组合作取得RNA m⁶A甲基化研究新进展

【摘要】2018年3月14日，《protein & cell》杂志在线发表了题为“Solution structure of the RNA recognition domain of METTL3-METTL14 N⁶-methyladenosine methyltransferase”的研究论文，报道了通过核磁共振（NMR）解析的METTL3 ZFD的溶液结构，为进一步理解整个m⁶A甲基化的分子机制提供了重要的参考。该论文是殷平教授课题组与中国科学院武汉物理与数学研究所唐淳研究员共同通讯发表的第一篇研究论文，前者擅长蛋白纯化、结晶、生化分析以及对静态的强相互作用的研究，后者擅长核磁共振、质谱检测以及对动态的弱相互作用研究，两个课题组优势互补，合作共赢。

RNA m⁶A甲基化修饰是近年来表观转录组学（epitranscriptomics）领域的一颗新星。影响的功能也非常广泛：在分子水平，m⁶A几乎影响到所有方面的mRNA的代谢，包括剪接，翻译，和稳定性，以及miRNA的成熟；这些被m⁶A调节的RNA代谢过程在一系列细胞水平中扮演着重要角色，包括影响免疫细胞稳态，精细胞的发育，造血干细胞功能，癌细胞发生，神经细胞发育等。该修饰主要由甲基转移酶复合物催化，已经报道的全酶复合物组分包括METTL3、METTL14、WTAP、KIAA1429（VIRMA/Virilizer）、RBM15/15B、HAKAI等蛋白。其核心催化酶METTL3、METTL14组成1:1复合物催化形成RNA m⁶A修饰，其他蛋白可能起调节作用。

METTL3-METTL14甲基转移结构域（methyltransferase domains，后面称MTDs）的晶体结构已于2016年由我组率先报道，后期另外两个独立课题组再次印证了我们的结果。然而，进一步的生化实验证明，METTL3-METTL14 MTD复合物没有催化活性。序列分析发现METTL3的MTD前面存在两个串联的Zinc finger domain（ZFD），并且ZFD对METTL3-METTL14全酶复合物的活性不可或缺（图1）。

图1. ZFD对METTL3-METTL14全酶复合物的重要性

2018年3月14日，《protein & cell》杂志在线发表了题为“Solution structure of the RNA recognition domain of METTL3-METTL14 N⁶-methyladenosine methyltransferase”的研究论文，报道了通过核磁共振（NMR）解析的METTL3 ZFD的溶液结构（图2）。NMR不仅解析了该结构域的结构，还发现ZFD与MTD之间的连接（linker）非常柔性，动态性很强，这也解释了为什么结晶不成功的原因。进一步通过ITC和SAXS的生化实验，发现ZFD在METTL3-METTL14复合物催化过程中起着识别底物RNA的作用，扮演着target recognition domain（TRD）的角色。该结构的解析有助于帮助进一步理解整个m⁶A甲基化的分子机制，为将来解析蛋白-RNA复合物提供重要的参考。

图2. METTL3 ZFD的溶液结构

殷平课题组硕士生黄金波和唐淳课题组副研究员董旭、龚洲为该论文共同第一作者，唐淳研究员和殷平教授为共同通讯作者。该研究工作获得了华中农业大学自主科技创新基金和人才启动基金的经费资助，我校蛋白质平台为该研究提供了强有力的支持；中科院物数所，中科院生物磁共振分析重点实验室，武汉磁共振中心为本研究工作中的核磁共振实验提供了支持，本工作还得到了基金委重大研究计划-生物大分子动态修饰与化学干预和国家重点研发计划的资助；上海同步辐射光源BL19U1线站为SAXS数据收集提供了必要保障。