Sci Adv：复旦大学严冬团队发现NAT10不靠乙酰化：核糖体应激才是主因

N⁴-乙酰胞苷（ac⁴C）由N-乙酰转移酶10（NAT10）安装，代表信使RNA上唯一已知的乙酰化标记。由于NAT10还乙酰化转移RNA、核糖体RNA（rRNA）和蛋白质，其在体内的分子机制仍难以捉摸。

2026年9月30日，复旦大学严冬独立通讯在Science Advances 在线发表题为“NAT10 governs development through the Xrp1-mediated stress response rather than its RNA acetylation activity”的研究论文。该研究证明敲低果蝇NAT10诱导眼向触角的转变、c-Jun氨基端激酶激活和细胞凋亡。NAT10促进rRNA中的ac4C修饰，其缺失损害rRNA加工和核糖体组装。

NAT10的耗竭激活整合应激应答，最终导致整体蛋白质合成减少。关键地，Xrp1在应激应答中发挥关键作用，其消融挽救了大多数NAT10功能丧失缺陷和转录组改变。作者还对对照组和NAT10敲低果蝇进行了乙酰化RNA免疫沉淀和测序（acRIP-seq）。此外，一种催化缺陷型NAT10——无法介导ac4C乙酰化——完全挽救了NAT10突变体的致死性。总之，这些发现确立NAT10的主要发育功能源于其在核糖体生物发生和Xrp1激活中的作用，这些作用独立于其RNA乙酰化活性。

在过去十年中，RNA修饰已成为基因表达调控的新层面。在细菌、古菌和真核生物中已鉴定出超过170种RNA修饰，它们在所有主要RNA类别中被检测到，包括tRNA、核糖体RNA（rRNA）、mRNA、小核RNA和长链非编码RNA。N⁶-甲基腺苷（m⁶A）——真核mRNA中最普遍的内部修饰——引领了表观转录组学研究。抗体依赖性meRIP-seq或m⁶A-seq，以及后来的基于化学或酶的策略，使得能够在转录组水平进行m⁶A作图，从而将这些修饰与其生物学功能相关联。遗传和生化研究表征了m⁶A通路的核心组分，包括甲基转移酶（“写入器”）、去甲基化酶（“擦除器”）和m⁶A结合蛋白（“阅读器”），从而揭示了其动态性质。近期研究证明m⁶A在多种过程中发挥关键调控作用，如植物和动物发育、干细胞维持、免疫应答、记忆形成和肿瘤发生，这导致了从实验室到床边的突破性发现。

受m⁶A成功的启发，越来越多的研究聚焦于其他真核mRNA修饰，包括N¹-甲基腺苷、N⁶,2′-O-二甲基腺苷、肌苷、5-甲基胞嘧啶、N⁴-乙酰胞苷（ac4C）、N⁷-甲基鸟苷、假尿苷（Ψ）和2′-O-甲基化核苷酸。其中，ac4C是真核RNA中唯一已知的乙酰化事件，由唯一的RNA乙酰转移酶N-乙酰转移酶10（NAT10）催化。ac⁴C最初在酵母和细菌tRNA中被检测到，后来被发现是所有生命领域中tRNA和rRNA的保守修饰。在酵母和人类中，NAT10（酿酒酵母中为Kre33）在tRNASer和tRNALeu的第12位核苷酸处催化ac⁴C修饰，这种活性需要衔接蛋白THUMPD1（酿酒酵母中为TAN1）。ac⁴C在酵母和人类18S rRNA的两个位置被检测到，NAT10通过box C/D小核仁RNA（snoRNAs）介导这些修饰。

在酵母和人类细胞中，NAT10的耗竭导致rRNA加工和核糖体生物发生缺陷。近期工作还在mRNA中鉴定了ac⁴C，基于抗体的ac⁴C RIP-seq在HeLa细胞中检测到数千个ac⁴C峰。有人提出编码区的ac4C促进翻译延伸，而5′非翻译区（5′UTR）的ac⁴C抑制翻译起始。然而，随后的基于化学的单核苷酸分辨率ac⁴C修饰作图产生了显著更少的潜在位点。除RNA外，NAT10已被报道具有蛋白质乙酰转移酶活性，潜在底物包括α-微管蛋白、组蛋白、p53、Eg5和其自身。在哺乳动物细胞系中，NAT10在分裂间期从核仁转位至末期期间的中间体，并参与细胞周期进程。鉴于NAT10在tRNA、rRNA和mRNA修饰及其非RNA靶标中的多效性作用，在体内背景下研究其分子功能是引人入胜的。

图1.NAT10敲低可通过Xrp1诱导ISR和蛋白毒性应激（摘自Science Advances）

NAT10是一个必需基因，因为纯合敲除小鼠在胚胎第14.5天（E14.5）前即胚胎致死。双链RNA注射实验提示NAT10是桑葚胚向囊胚转变所必需的。生殖系中NAT10的条件性耗竭影响小鼠卵母细胞发育和精子发生。在人胚胎干细胞中，NAT10敲低损害其自我更新、增殖和分化。尽管NAT10的功能常被归因于某些转录本中的ac4C修饰，但其在发育过程中的主要调控机制仍难以捉摸。

果蝇是研究RNA修饰的有用模式生物。其性别特异性表型促进了几个核心m⁶A写入器组分的表征，并证明了m⁶A在RNA剪接中的明确参与。果蝇有一个NAT10直系同源物，命名为l(1)G0020，其功能仍未表征。在此，作者分析了NAT10在果蝇发育中的功能，并观察到其敲低后特征性的器官转化表型。生化和遗传挽救实验使作者能够精确定位主要的潜在分子通路。作者进一步通过acRIP-seq和催化缺陷型NAT10突变体生成了首个果蝇ac⁴C图谱，以区分催化功能与结构功能。作者的数据证明NAT10的主要发育功能源于其在核糖体组装和Xrp1激活中的作用。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg0399