【前沿进展】Nat Commun丨刘如娟/徐贝思/王恩多合作揭示“tRNA修饰酶”NSUN6催化mRNA m⁵C修饰的新机制

跨境大白

2025-07-07

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RNA上已发现170多种化学修饰，广泛参与RNA生命周期的调控。其中，tRNA的修饰最为丰富，对其稳定性、翻译效率与准确性以及tRNA来源小RNA的生成具有关键作用。随着RNA修饰检测技术的发展，mRNA内部也发现了十余种修饰。令人意外的是，除了m⁶A具有专属于mRNA的修饰酶外，其他mRNA修饰，例如m¹A、m⁵C和ac⁴C等，均由已知的tRNA修饰酶负责催化【1-3】，但tRNA修饰酶识别和催化mRNA底物的机制仍不明确。此外，由于tRNA和mRNA修饰对翻译具有复杂的协同作用，探索mRNA中非m⁶A修饰的生物学功能仍面临巨大挑战。

5-甲基胞嘧啶（m⁵C）是最早被发现的RNA修饰之一，广泛存在于tRNA、mRNA和rRNA中，这些修饰在许多生理和病理过程中发挥重要作用【4-6】。课题组前期研究阐明了NSUN6对tRNA底物的识别机制以及催化机理，发现NSUN6识别和催化tRNA底物依赖于tRNA独特的三级结构【7】。近期，许多研究通过RNA m⁵C修饰检测技术，揭示了mRNA m⁵C修饰可以由NSUN6催化产生【8-10】，但其修饰mRNA底物的分子机制及其介导的生物学功能仍有待探究。

近日，上海科技大学生命科学与技术学院刘如娟课题组联合圣裘德儿童研究医院徐贝思研究员和中国科学院分子细胞科学卓越创新中心王恩多研究员，在Nature Communications在线发表了题为A cohort of mRNAs undergo high-stoichiometry NSUN6-mediated site-specific m⁵C modification的研究论文，该研究揭示了人tRNAm⁵C修饰酶NSUN6识别并催化mRNA底物的分子机制，同时阐明了其通过mRNA修饰活性促进乳腺癌细胞迁移的功能机制。

研究人员首先通过建立体外甲基转移酶活力测定体系，结合RNA质谱分析，确定了人源NSUN6可以在体外独立且高效地催化mRNA上的m⁵C修饰。通过对mRNA底物进行改造，研究人员揭示了NSUN6介导高水平m⁵C修饰的mRNA底物所需的结构和序列特征。基于NSUN6结合tRNA的结构信息，研究人员进一步突变了NSUN6蛋白质上结合RNA的关键氨基酸，发现NSUN6通过不同的RNA结合表面的组合来识别tRNA和mRNA底物，从而为区分并独立研究其在两类底物上的m⁵C修饰功能提供了可能。

接下来，研究人员发现NSUN6通过其mRNA修饰活性促进乳腺癌细胞迁移，同时排除了tRNA修饰活性的干扰。值得注意的是，研究发现NSUN6并非通过作用于单一mRNA，而是调控一群具有高m⁵C修饰水平（m⁵C level≥50%）、与细胞迁移密切相关的mRNA底物来促进细胞迁移。此外，研究人员鉴定到YBX1和YBX3作为NSUN6介导的mRNA m⁵C修饰的“阅读器”，能够识别并稳定NSUN6在乳腺癌细胞中的mRNA底物。研究团队还尝试将NSUN6高效修饰位点引入治疗性mRNA分子中，发现单个位点的m⁵C修饰即可显著提升其在细胞内的稳定性。

综上所述，该研究首次提供了tRNA修饰酶NSUN6独立催化mRNA底物的生化证据。通过阐明NSUN6对tRNA和mRNA底物的不同识别机制，成功将其mRNA修饰功能与tRNA修饰功能进行区分，揭示了NSUN6通过其mRNA修饰活性促进乳腺癌细胞迁移的新机制。此外，该研究还强调了NSUN6介导的高水平m⁵C修饰在提高治疗性mRNA稳定性中的潜在作用。总体而言，该研究为多底物RNA修饰酶的催化机制和功能研究提供了新视角，同时也为mRNA药物的优化提供了理论基础。

图1. NSUN6通过mRNA:m⁵C催化活性促进乳腺癌细胞迁移的机制示意图

刘如娟课题组2022级博士研究生张媛媛和2021级博士研究生李蔡涛为本文共同第一作者，刘如娟教授、圣裘德儿童研究医院徐贝思研究员以及中国科学院分子细胞科学卓越创新中心王恩多研究员为本文的共同通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。来自上科大生命学院向阳飞教授和清华大学生命科学学院张强锋教授合作此项研究。

原文链接:

https://doi.org/10.1038/s41467-025-60873-4

制版人： 十一

来源：BioArt

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