【Nature】破解50年谜团！威尔康奈尔研究人员揭示影响细胞抗病毒防御的关键因子

2月1日，由来自美国威尔康奈尔医学院的研究人员在《Nature》期刊上发表题为“mRNA ageing shapes the Cap2 methylome in mammalian mRNA”的研究论文，表示他们发现了信使RNA（mRNA）含有对细胞的抗病毒防御至关重要的化学标记。这一发现解开了50年来有关这些化学修饰的目的之谜，并表明错误的mRNA修饰可能是一些自身免疫和炎症疾病的基础。

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05668-z

研究背景

mRNAcap结构是真核mRNA的关键组成部分，但根据其甲基化状态在转录本之间变化。每个cap结构包括一个N7-甲基鸟苷（m7G）mRNA 5′ 末端的cap，与第一个转录的核苷酸相邻。在mRNA生物发生过程中，所有mRNA的第一个核苷酸变为2′-O-甲基化（Nm）。通过帽甲基转移酶1（CMTR1）形成Cap1修饰的 mRNA 末端（m7G-PPP-Nm)。当mRNA输出到细胞质中时，Cap1 mRNA的一个子集通过帽甲基转移酶2（CMTR2对第二个核苷酸上的核糖进行2′-O-甲基化，形成Cap2修饰的mRNA 5'末端（m7G-PPP-Nm-Nm)。然而，mRNAcap甲基化的这种选择性和Cap2功能的基础尚不清楚。

Cap2

自近2年前首次发现Cap2以来，科学家们对Cap2修饰的mRNA的身份以及控制Cap50甲基化特异性的规则流露出了极大的兴趣。由于Cap2是一种非组成型mRNA修饰，它具有在不同细胞环境和条件下动态调节的潜力。

为了量化细胞样品中Cap2的水平和动力学，研究人员开发了CapTag-seq技术，首先评估了CapTag-seq技术是否特异性地检测Cap1和Cap2 mRNA。接下来，研究人员使用CapTag-seq来确定Cap2是否与特定的m7G近端核苷酸相关。出乎意料的是，研究发现Cap2甲基化最高的序列在小鼠组织中略有不同。因为无论组织如何，CMTR2的序列偏好都被认为是相同的。这些数据表明，转录组中Cap2的模式可能不是简单地基于CMTR2的序列偏好驱动的，而是与其他机制相结合。

Cap2是在不同序列环境中发现的可变mRNA修饰

总之，这些数据表明Cap2是一种丰富且混杂的mRNA修饰。Cap2在不同序列环境中的组织特异性富集表明，一些mRNA可能比其他mRNA具有更高水平的Cap2，这增加了Cap2可能具有特定调节作用或功能的可能性。

CMTR2耗竭诱导抗病毒基因

为了了解Cap2甲基化的功能含义，研究人员使用RNA-seq分析了CMTR2 KO HEK293T细胞的基因表达变化。

他们发现下调基因在翻译和RNA加工途径中富集，而显著上调的基因与先天免疫反应和炎症途径有关。在上调的基因中，他们发现了许多干扰素刺激基因（ISG），这是一种在细胞感染病毒以及其他病原体后转录诱导的基因群。最终，他们确认了ISG在蛋白质和RNA水平上的诱导，并在CMTR2 KO A549细胞中也观察到了类似的效果。

Cap2甲基化抑制RIG-I活化和病毒诱导的先天免疫反应

总体而言，这些数据表明，缺乏Cap2，Cap1 mRNA的 水平增加，导致通常响应病毒RNA触发的途径的激活。由于CMTR2 KO细胞不暴露于外源性病毒，因此先天免疫应答的诱导可能由内源性RNA的帽甲基化变化介导。

研究意义

虽然Cap1大大降低了mRNA触发细胞抗病毒机制的能力，但Cap2提供了至关重要的额外保护。研究人员观察到，当细胞的mRNA只有Cap1类型时，这些细胞mRNA会激活细胞中的炎症抗病毒机制，即便在没有病毒的情况下，也是如此。

但是，过多的Cap2也是不好的。当研究人员设计的细胞迅速将Cap2纳入mRNA时，他们发现入侵病毒的mRNA开始获得Cap2，使它们免受免疫攻击，并允许这些病毒失控地生长。研究人员认为Cap2甲基化发生得很慢，而不是很快，以减少它最终将快速复制的病毒RNA隐藏起来而不被免疫系统发现的机会。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05668-z

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。