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tRNA和snRNA甲基化修饰是影响蛋白翻译、mRNA可变剪接等机制的重要表观遗传修饰，巴黎综合理工学院Marc Graille教授近日对这类小RNA上N2-甲基鸟嘌呤（m2G）修饰的来源和功能做了深入研究。作者首先采用类HyPro-MS的临近标记技术筛选影响tRNA及snRNA修饰的蛋白，发现RNA甲基化酶亚基TRMT112会与TRMT11、THUMPD2和THUMPD3在空间上临近，进而共同组成m2G甲基转移酶影响RNA修饰并发挥抑制细胞增殖的功能。并且TRMT11和THUMPD3特异性影响tRNA m2G修饰水平，而THUMPD2特异性影响snRNA的m2G修饰水平。进一步作者利用Arraystar tRNA PCR芯片验证，发现m2G修饰不影响tRNA的表达，而是通过其他方式直接影响蛋白翻译，而m2G修饰的snRNA则在可变剪接方面发挥重要调控作用；这项研究丰富了小RNA在特定位点发生m2G修饰的机制，为small RNA表观遗传修饰研究提供新的方向。
该研究成果于2023年发表在学术期刊Nucleic Acids Research上，影响因子为14.9（Arraystar tRNA PCR芯片由康成生物|数谱生物提供技术服务）。
研究背景
N2-甲基鸟嘌呤（m2G）修饰是一种在RNA分子鸟嘌呤的第二个氮原子上发生甲基化修饰，在转运RNA（tRNA）和小核糖核酸（snRNA）中广泛存在，对细胞增殖、蛋白质翻译和前体mRNA剪接等生命过程有重要的调节作用。近年来，随着人类tRNA和snRNA上m2G修饰相关的甲基转移酶（MTase）的逐步发现和鉴定，人们对这种修饰的生物学意义和生理作用有了更深入的了解。例如，人类TRMT112蛋白能够与多种甲基转移酶形成复合物，并通过变构调节其活性。TRMT112能够与TRMT11、THUMPD3和THUMPD2等甲基转移酶相互作用，并促进它们在特定tRNA或U6 snRNA上引入m2G修饰。这些蛋白对细胞增殖、蛋白质翻译和前体mRNA剪接等过程都有重要影响。因此，本文重点关注m2G修饰在tRNA和snRNA中相关的甲基转移酶及其调控机制，有助于揭示这种修饰在细胞生物学和人类疾病中的作用。
研究思路
为了研究ncRNA上m2G修饰的功能，首先作者使用类HyPro-MS的临近标记技术，发现了影响tRNA及snRNA修饰的，以TRMT112蛋白为核心的RNA甲基化酶的复杂相互作用。作者利用Arraystar tRNA PCR芯片验证，发现m2G修饰水平并不影响tRNA的表达，而是通过直接影响蛋白翻译速率发挥功能，而snRNA m2G修饰则在mRNA可变剪接方面发挥重要调控机制。这些结果首次发现了人类tRNA和snRNA的m2G修饰writer蛋白，为后续两种小RNA的表观遗传修饰在上游机制方面的研究提供了关键的理论基础，拓宽了小RNA表观遗传修饰的研究思路。
功能研究方面，作者利用CRISPR技术分别敲除TRMT11和THUMPD3基因，发现细胞增殖受到显著抑制，并且导致tRNA m2G修饰水平明显下降。类似地，当敲除THUMPD2基因时，细胞增殖也受到了抑制，同时U6 snRNA的m2G修饰水平也显著降低。
在分子机制方面，作者进一步证明了TRMT11和THUMPD3能够作为m2G writer蛋白特异性识别并甲基化tRNA上特定位点，而THUMPD2则是能够特异性识别并甲基化U6 snRNA上特定位点的m2G writer。这些发现说明tRNA和snRNA上的m2G修饰都是由特定甲基化酶催化的，并且这些小RNA上的表观遗传修饰对于调节蛋白翻译和RNA可变剪接有重要作用。该研究不仅揭示了小RNA上m2G修饰的催化机制，也为小RNA表观遗传修饰研究开辟了新的视角。
研究意义
本研究使用类HyPro-MS的临近标记技术筛选发现了tRNA和U6 snRNA专属m2G甲基化酶TRMT112、TRMT11、THUMPD2和THUMPD3，并展示了它们之间相互结合、共同组成m2G甲基转移酶的关键机制，通过利用Arraystar tRNA PCR芯片对细胞内tRNA大批量验证，发现了这些甲基转移酶添加tRNA m2G修饰的重要作用，证明了tRNA和snRNA的m2G修饰的发生由特定甲基化酶介导，并且在不影响tRNA整体表达的情况下在蛋白翻译、可变剪接方面发挥重要调控作用，完善了小RNA在特定位点发生m2G修饰的机制和逻辑链条，为揭示small RNA表观遗传修饰在更多研究方向发挥新颖作用奠定了坚实的理论和实验基础。
原文出处
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkad487/7191418#407371780
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