N6-метиладенозин

N6-метиладенозин
Інші назви m6A
Ідентифікатори
Номер CAS 1867-73-8
PubChem 102175
ChEBI 21891
SMILES CNC1=NC=NC2=C1N=CN2C3C(C(C(O3)CO)O)O[1]
InChI InChI=1S/C11H15N5O4/c1-12-9-6-10(14-3-13-9)16(4-15-6)11-8(19)7(18)5(2-17)20-11/h3-5,7-8,11,17-19H,2H2,1H3,(H,12,13,14)/t5-,7-,8-,11-/m1/s1
Номер Бельштейна 42872
Властивості
Молекулярна формула C11H15N5O4
Молярна маса 281,27 г/моль
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

N6-метиладенозин (m6A) є найрозповсюдшенішею модифікацією мРНК та ДНК[2].Він зустрічається в деяких вірусах,[3][4] і більшості еукаріотів, включаючи ссавців,[5][6][7][8] комах,[9] рослин [10][11][12] та дріжджів.[13][14] Він також міститься в тРНК, рРНК та малій ядерній РНК (snRNA), а також кількох довгих некодуючих РНК, таких як Xist.[15][16]

Метилювання аденозину забезпечується великим m6A метилтрансферазним комплексом, що містить METTL3 як SAM-зв'язуючу субодиницю.[17] In vitro метилтрансферазний комплекс переважно метилює олігонуклеотиди РНК у складі консенсусних сайтів RRAHU [18]. В новітніх дослідженнях було охарактеризовано інші ключові компоненти комплексу m6A-метилтрансферази ссавців, включаючи METTL14 [19][20] , Wilms tumor 1 associated protein (WTAP) [21], KIAA1429 [22] та METTL5 [23]. З початку 2010-х років йшла дискусія стосовно динамічності та зворотності m6А-метилування в мРНК[24] і відкриття в 2011 першої m6A-деметилази, fat mass and obesity-associated protein (FTO)[25] підтвердив цю гіпотезу і розпалило інтерес досліджеників. Пізніше було також виявлено другу m6A-деметилазу, гомолог 5 alkB (ALKBH5).[26]

Біологічні функції m6A реалізуються за допомогою специалізованних білків, що специфічно розпізнають метильований аденозин і зв'язують РНК у відповідних модифікованиз сайтах..Ці РНК-зв'язуючі білки відповідно називають m6A-рідерами. Сімейство білків із гомологами домену YT521-B (YTH) у своєму складі ( YTHDF1, YTHDF2, YTHDF3 і YTHDC1 ) були охарактеризовані як безпосередні m6A-рідери із специалізованим m6A-зв'язуючим сайтом[16][27][28][29][30]. Інсуліноподібні фактори росту 2-мРНК-зв'язуючі білки 1, 2 та 3 (IGF2BP1–3) розглядаються як новий клас m6A-рідерів[31]..IGF2BP використовують K-гомологічні домени (KH), щоб вибірково розпізнати метильлвані мРНК, та сприяти їх трансляції та стабільності.

Ці m6A-рідери, разом з m6A метилтрансферазами (райтерами) та деметилазами (ерайзерами), складають складний механізм динамічної регуляції метилування мРНК, за допомогою якого райтери та ерайщери визначають розподіл m6A-модифікацій на РНК, тоді як читачі опосередковують m6A-залежні функції[32].

Роль N6-метиладенозину у різних організмах

[ред. | ред. код]

Дріжджі

[ред. | ред. код]

У дріжджах, що брунькуються ( Sacharomyces cerevisiae ), гомолог METTL3, IME4 експресується в диплоїдних клітинах у відповідь на нестачу азоту та вуглецю і необхідний для метилювання мРНК та ініціації правильного мейозу та споруляції[13][14]. мРНК IME1 та IME2, ключових регуляторів мейозу, як відомо, є мішенями для метилювання, як і транскрипти самого IME4.

Рослини

[ред. | ред. код]

У рослин більша частина m6A-сайтів знаходиться в межах 150 нуклеотидів до початку poly(A) хвоста[33].

Мутації MTA, гомолоа METTL3 у Arabidopsis thaliana, призводять до призупинення розвитку ембріона на глобулярній стадії. Зниження рівня m6A-метилування у зрілих рослинах призводить до різкої змінени швидкості росту та гомеотичних відхилень в процесі розвитку квіток[33].

Ссавці

[ред. | ред. код]

Мапінг m6A-метилування у РНК людини та миші виявило понад 18 000 активних m6А-сайтів у транскриптах понад 7000 людських генів з консенсусною послідовністю [G/A/U] [G> A]m6AC[U>A/C] [15][16][34]. Локалізація окремих m6A-сайтів у багатьох мРНК дуже схожа між людиною та мишею повнотранскриптомний аналіз аиявив, що m6A-сайти пов'язані із еволюційно консервативними ділянками мРНК. m6A-сайти переважно зустрічаються у довгих внутрішніх екзонах і в великих кількостях зустрічаються в межах 3 'UTR та навколо стоп-кодонів. m6A-сайти в межах 3 'UTR також пов’язаний з наявністю сайтів зв'язування міРНК; приблизно 2/3 мРНК, які містять m6A-сайти в межах свого 3 'UTR, також мають щонайменше один сайт зв'язування міРНК. Враховуючи всі відомі дані про послідовність та розподіл m6A-сайтів, нова база даних під назвою RMBase виявила ~ 200 000 сайтів N6-метиладенозинів (m6A) у геномах людини та миші.

Точна локалізація m6A-сайтів за допомогою m6A-CLIP/IP [35] виявила, що більшість m6A-сайтів локалізується в останньому екзоні мРНК та навколо стоп-кодонів, яких також багато в останніх екзонах транскрипту. Переважне розташування m6A-сайтів в останньому екзоні (>= 70%) дозволяє припустити потенційну роль метилування в регуляції формування 3'UTR, включаючи альтернативне поліаденілювання. Поєднання методів m6A-CLIP та фракціонування клітинних компонентів дозволило виявити, що m6A-метилування присутне вже у ранній пре-мРНК і не грає ролі в процесах сплайсингу сплайсингу, але забезпечує регуляцію експорту мРНК до цитоплазми[36][37].

m6А-метилування піддається динамічній регуляції як протягом усього розвитку, так і у відповідь на клітинні подразники. Аналіз m6A-сайтів в РНК мозку миші виявив, що рівні m6A-метилування низькі під час ембріонального розвитку і різко зростають у зрілому віці.[15] Крім того, сайленсинг m6A-метилтрансферази суттєво впливає на експресію та процеси альтернативного сплайсингу РНК компонентів сигнального шляху p53 (також відомий як TP53 ) та апоптоз[16].

Фармакологічне інгібування m6A-метилювання за допомогою міРНК-опосередкованого сайленсингу m6A метилази Mettl3 призвело до подовження циркадного періоду. Навпаки, надекспрессія Mettl3 призвела до зкорочення періоду. Циркадний годинник ссавців, регульований низкою зворотніх зв'язків в регуляції транскрипції має період близько 24 годин, тому надзвичайно чутливий до збурень на етапах процесингу РНК залучених факторів, що залежить від m6A-метилування[38][39].

Список літератури

[ред. | ред. код]
  1. ↑ N6-Methyladenosine
  2. ↑ Ji, Pengfei; Wang, Xia; Xie, Nina; Li, Yujing (2018). N6-Methyladenosine in RNA and DNA: An Epitranscriptomic and Epigenetic Player Implicated in Determination of Stem Cell Fate. Stem Cells International. 2018: 3256524. doi:10.1155/2018/3256524. PMC 6199872. PMID 30405719.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  3. ↑ Beemon K, Keith J (June 1977). Localization of N6-methyladenosine in the Rous sarcoma virus genome. Journal of Molecular Biology. 113 (1): 165—79. doi:10.1016/0022-2836(77)90047-X. PMID 196091.
  4. ↑ Aloni Y, Dhar R, Khoury G (October 1979). Methylation of nuclear simian virus 40 RNAs. Journal of Virology. 32 (1): 52—60. PMC 353526. PMID 232187.
  5. ↑ Desrosiers R, Friderici K, Rottman F (October 1974). Identification of methylated nucleosides in messenger RNA from Novikoff hepatoma cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 71 (10): 3971—5. Bibcode:1974PNAS...71.3971D. doi:10.1073/pnas.71.10.3971. PMC 434308. PMID 4372599.
  6. ↑ Adams JM, Cory S (May 1975). Modified nucleosides and bizarre 5'-termini in mouse myeloma mRNA. Nature. 255 (5503): 28—33. Bibcode:1975Natur.255...28A. doi:10.1038/255028a0. PMID 1128665.
  7. ↑ Wei CM, Gershowitz A, Moss B (January 1976). 5'-Terminal and internal methylated nucleotide sequences in HeLa cell mRNA. Biochemistry. 15 (2): 397—401. doi:10.1021/bi00647a024. PMID 174715.
  8. ↑ Perry RP, Kelley DE, Friderici K, Rottman F (April 1975). The methylated constituents of L cell messenger RNA: evidence for an unusual cluster at the 5' terminus. Cell. 4 (4): 387—94. doi:10.1016/0092-8674(75)90159-2. PMID 1168101.
  9. ↑ Levis R, Penman S (April 1978). 5'-terminal structures of poly(A)+ cytoplasmic messenger RNA and of poly(A)+ and poly(A)- heterogeneous nuclear RNA of cells of the dipteran Drosophila melanogaster. Journal of Molecular Biology. 120 (4): 487—515. doi:10.1016/0022-2836(78)90350-9. PMID 418182.
  10. ↑ Nichols JL (1979). In maize poly(A)-containing RNA. Plant Science Letters. 15 (4): 357—361. doi:10.1016/0304-4211(79)90141-X.
  11. ↑ Kennedy TD, Lane BG (June 1979). Wheat embryo ribonucleates. XIII. Methyl-substituted nucleoside constituents and 5'-terminal dinucleotide sequences in bulk poly(AR)-rich RNA from imbibing wheat embryos. Canadian Journal of Biochemistry. 57 (6): 927—31. doi:10.1139/o79-112. PMID 476526.
  12. ↑ Zhong S, Li H, Bodi Z, Button J, Vespa L, Herzog M, Fray RG (May 2008). MTA is an Arabidopsis messenger RNA adenosine methylase and interacts with a homolog of a sex-specific splicing factor. The Plant Cell. 20 (5): 1278—88. doi:10.1105/tpc.108.058883. PMC 2438467. PMID 18505803.
  13. ↑ а б Clancy MJ, Shambaugh ME, Timpte CS, Bokar JA (October 2002). Induction of sporulation in Saccharomyces cerevisiae leads to the formation of N6-methyladenosine in mRNA: a potential mechanism for the activity of the IME4 gene. Nucleic Acids Research. 30 (20): 4509—18. doi:10.1093/nar/gkf573. PMC 137137. PMID 12384598.
  14. ↑ а б Bodi Z, Button JD, Grierson D, Fray RG (September 2010). Yeast targets for mRNA methylation. Nucleic Acids Research. 38 (16): 5327—35. doi:10.1093/nar/gkq266. PMC 2938207. PMID 20421205.
  15. ↑ а б в Meyer KD, Saletore Y, Zumbo P, Elemento O, Mason CE, Jaffrey SR (June 2012). Comprehensive analysis of mRNA methylation reveals enrichment in 3' UTRs and near stop codons. Cell. 149 (7): 1635—46. doi:10.1016/j.cell.2012.05.003. PMC 3383396. PMID 22608085.
  16. ↑ а б в г Dominissini D, Moshitch-Moshkovitz S, Schwartz S, Salmon-Divon M, Ungar L, Osenberg S, Cesarkas K, Jacob-Hirsch J, Amariglio N, Kupiec M, Sorek R, Rechavi G (April 2012). Topology of the human and mouse m6A RNA methylomes revealed by m6A-seq. Nature. 485 (7397): 201—6. doi:10.1038/nature11112. PMID 22575960.
  17. ↑ Bokar JA, Shambaugh ME, Polayes D, Matera AG, Rottman FM (November 1997). Purification and cDNA cloning of the AdoMet-binding subunit of the human mRNA (N6-adenosine)-methyltransferase. RNA. 3 (11): 1233—47. PMC 1369564. PMID 9409616.
  18. ↑ Harper JE, Miceli SM, Roberts RJ, Manley JL (October 1990). Sequence specificity of the human mRNA N6-adenosine methylase in vitro. Nucleic Acids Research. 18 (19): 5735—41. doi:10.1093/nar/18.19.5735. PMC 332308. PMID 2216767.
  19. ↑ Liu J, Yue Y, Han D, Wang X, Fu Y, Zhang L, Jia G, Yu M, Lu Z, Deng X, Dai Q, Chen W, He C (February 2014). A METTL3-METTL14 complex mediates mammalian nuclear RNA N6-adenosine methylation. Nature Chemical Biology. 10 (2): 93—5. doi:10.1038/nchembio.1432. PMC 3911877. PMID 24316715.
  20. ↑ Wang Y, Li Y, Toth JI, Petroski MD, Zhang Z, Zhao JC (February 2014). N6-methyladenosine modification destabilizes developmental regulators in embryonic stem cells. Nature Cell Biology. 16 (2): 191—8. doi:10.1038/ncb2902. PMC 4640932. PMID 24394384.
  21. ↑ Ping XL, Sun BF, Wang L, Xiao W, Yang X, Wang WJ, Adhikari S, Shi Y, Lv Y, Chen YS, Zhao X, Li A, Yang Y, Dahal U, Lou XM, Liu X, Huang J, Yuan WP, Zhu XF, Cheng T, Zhao YL, Wang X, Rendtlew Danielsen JM, Liu F, Yang YG (February 2014). Mammalian WTAP is a regulatory subunit of the RNA N6-methyladenosine methyltransferase. Cell Research. 24 (2): 177—89. doi:10.1038/cr.2014.3. PMC 3915904. PMID 24407421.
  22. ↑ Schwartz S, Mumbach MR, Jovanovic M, Wang T, Maciag K, Bushkin GG, Mertins P, Ter-Ovanesyan D, Habib N, Cacchiarelli D, Sanjana NE, Freinkman E, Pacold ME, Satija R, Mikkelsen TS, Hacohen N, Zhang F, Carr SA, Lander ES, Regev A (July 2014). Perturbation of m6A writers reveals two distinct classes of mRNA methylation at internal and 5' sites. Cell Reports. 8 (1): 284—96. doi:10.1016/j.celrep.2014.05.048. PMC 4142486. PMID 24981863.
  23. ↑ Lafontaine, Denis L. J.; Graille, Marc; Jaffrey, Samie R.; Bohnsack, Markus T.; Bohnsack, Katherine E.; Hackert, Philipp; Ulryck, Nathalie; Zorbas, Christiane; Hawley, Ben R. (2019). The human 18S rRNA m6A methyltransferase METTL5 is stabilized by TRMT112. Nucleic Acids Research (англ.). 47 (15): 7719—7733. doi:10.1093/nar/gkz619. PMC 6735865. PMID 31328227.
  24. ↑ He C (December 2010). Grand challenge commentary: RNA epigenetics?. Nature Chemical Biology. 6 (12): 863—5. doi:10.1038/nchembio.482. PMID 21079590.
  25. ↑ Jia G, Fu Y, Zhao X, Dai Q, Zheng G, Yang Y, Yi C, Lindahl T, Pan T, Yang YG, He C (October 2011). N6-methyladenosine in nuclear RNA is a major substrate of the obesity-associated FTO. Nature Chemical Biology. 7 (12): 885—7. doi:10.1038/nchembio.687. PMC 3218240. PMID 22002720.
  26. ↑ Zheng G, Dahl JA, Niu Y, Fedorcsak P, Huang CM, Li CJ, Vågbø CB, Shi Y, Wang WL, Song SH, Lu Z, Bosmans RP, Dai Q, Hao YJ, Yang X, Zhao WM, Tong WM, Wang XJ, Bogdan F, Furu K, Fu Y, Jia G, Zhao X, Liu J, Krokan HE, Klungland A, Yang YG, He C (January 2013). ALKBH5 is a mammalian RNA demethylase that impacts RNA metabolism and mouse fertility. Molecular Cell. 49 (1): 18—29. doi:10.1016/j.molcel.2012.10.015. PMC 3646334. PMID 23177736.
  27. ↑ Wang X, Lu Z, Gomez A, Hon GC, Yue Y, Han D, Fu Y, Parisien M, Dai Q, Jia G, Ren B, Pan T, He C (January 2014). N6-methyladenosine-dependent regulation of messenger RNA stability. Nature. 505 (7481): 117—20. doi:10.1038/nature12730. PMC 3877715. PMID 24284625.
  28. ↑ Wang X, Zhao BS, Roundtree IA, Lu Z, Han D, Ma H, Weng X, Chen K, Shi H, He C (June 2015). N(6)-methyladenosine Modulates Messenger RNA Translation Efficiency. Cell. 161 (6): 1388—99. doi:10.1016/j.cell.2015.05.014. PMC 4825696. PMID 26046440.
  29. ↑ Xu C, Wang X, Liu K, Roundtree IA, Tempel W, Li Y, Lu Z, He C, Min J (November 2014). Structural basis for selective binding of m6A RNA by the YTHDC1 YTH domain. Nature Chemical Biology. 10 (11): 927—9. doi:10.1038/nchembio.1654. PMID 25242552.
  30. ↑ Xiao W, Adhikari S, Dahal U, Chen YS, Hao YJ, Sun BF, Sun HY, Li A, Ping XL, Lai WY, Wang X, Ma HL, Huang CM, Yang Y, Huang N, Jiang GB, Wang HL, Zhou Q, Wang XJ, Zhao YL, Yang YG (February 2016). Nuclear m(6)A Reader YTHDC1 Regulates mRNA Splicing. Molecular Cell. 61 (4): 507—519. doi:10.1016/j.molcel.2016.01.012. PMID 26876937. {{cite journal}}: Недійсний |displayauthors=6 (довідка)
  31. ↑ Huang H, Weng H, Sun W, Qin X, Shi H, Wu H, Zhao BS, Mesquita A, Liu C, Yuan CL, Hu YC, Hüttelmaier S, Skibbe JR, Su R, Deng X, Dong L, Sun M, Li C, Nachtergaele S, Wang Y, Hu C, Ferchen K, Greis KD, Jiang X, Wei M, Qu L, Guan JL, He C, Yang J, Chen J (March 2018). 6-methyladenosine by IGF2BP proteins enhances mRNA stability and translation. Nature Cell Biology. 20 (3): 285—295. doi:10.1038/s41556-018-0045-z. PMC 5826585. PMID 29476152. {{cite journal}}: Недійсний |displayauthors=6 (довідка)
  32. ↑ Liu N, Dai Q, Zheng G, He C, Parisien M, Pan T (February 2015). N(6)-methyladenosine-dependent RNA structural switches regulate RNA-protein interactions. Nature. 518 (7540): 560—4. doi:10.1038/nature14234. PMC 4355918. PMID 25719671.
  33. ↑ а б Bodi Z, Zhong S, Mehra S, Song J, Graham N, Li H, May S, Fray RG (2012). Adenosine Methylation in Arabidopsis mRNA is Associated with the 3' End and Reduced Levels Cause Developmental Defects. Frontiers in Plant Science. 3: 48. doi:10.3389/fpls.2012.00048. PMC 3355605. PMID 22639649.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  34. ↑ Sun WJ, Li JH, Liu S, Wu J, Zhou H, Qu LH, Yang JH (January 2016). RMBase: a resource for decoding the landscape of RNA modifications from high-throughput sequencing data. Nucleic Acids Research. 44 (D1): D259—65. doi:10.1093/nar/gkv1036. PMC 4702777. PMID 26464443.
  35. ↑ Ke S, Alemu EA, Mertens C, Gantman EC, Fak JJ, Mele A, Haripal B, Zucker-Scharff I, Moore MJ, Park CY, Vågbø CB, Kusśnierczyk A, Klungland A, Darnell JE, Darnell RB (October 2015). A majority of m6A residues are in the last exons, allowing the potential for 3' UTR regulation. Genes & Development. 29 (19): 2037—53. doi:10.1101/gad.269415.115. PMC 4604345. PMID 26404942.
  36. ↑ Ke S, Pandya-Jones A, Saito Y, Fak JJ, Vågbø CB, Geula S, Hanna JH, Black DL, Darnell JE, Darnell RB (May 2017). 6A mRNA modifications are deposited in nascent pre-mRNA and are not required for splicing but do specify cytoplasmic turnover. Genes & Development. 31 (10): 990—1006. doi:10.1101/gad.301036.117. PMC 5495127. PMID 28637692.
  37. ↑ Rosa-Mercado NA, Withers JB, Steitz JA (May 2017). 6A debate: methylation of mature mRNA is not dynamic but accelerates turnover. Genes & Development. 31 (10): 957—958. doi:10.1101/gad.302695.117. PMC 5495124. PMID 28637691.
  38. ↑ Fustin JM, Doi M, Yamaguchi Y, Hida H, Nishimura S, Yoshida M, Isagawa T, Morioka MS, Kakeya H, Manabe I, Okamura H (November 2013). RNA-methylation-dependent RNA processing controls the speed of the circadian clock. Cell. 155 (4): 793—806. doi:10.1016/j.cell.2013.10.026. PMID 24209618.
  39. ↑ Hastings MH (November 2013). m(6)A mRNA methylation: a new circadian pacesetter. Cell. 155 (4): 740—1. doi:10.1016/j.cell.2013.10.028. PMID 24209613.