mRNA 5-甲基胞嘧啶修饰的研究进展:检测、效应、生物学功能和临床意义

5-甲基胞嘧啶(m5C)转录后修饰影响mRNA分子的成熟、稳定性和翻译。这些修饰在许多生理和病理过程中发挥重要作用，包括应激反应、肿瘤发生、肿瘤细胞迁移、胚胎发生和病毒复制。近年来，随着液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)和RNA-BisSeq等检测技术的快速发展和优化，人们对m5C修饰的生物学意义有了更好的认识。此外，用于识别潜在m5C修饰位点的预测模型(如PEA-m5C、m5C- psednc和DeepMRMP)也已经出现。

在本文中，作者综述了目前mRNA m5C修饰的实验检测方法和预测模型，重点介绍了它们的优缺点。作者系统地综述了与mRNA m5C修饰相关的效应子及其在多种物种中的生物学功能的最新研究进展。最后，作者讨论了m5C修饰在多种疾病中的生理作用和病理意义，以及它们的治疗潜力，从而为疾病的治疗和预后提供新的视角。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.08.020.

自20世纪50年代发现第一个转录后RNA修饰伪尿嘧啶(c)以来，研究人员一直在探索RNA水平上的基因调控机制。这一新兴领域被称为RNA表观遗传学或内标组学。与DNA的化学修饰相比，RNA修饰更为丰富，迄今共鉴定出170种修饰，包括n6 -甲基腺苷(m6A)、5-甲基胞嘧啶(m5C)、n4 -乙酰胞苷(ac4C)、n1 -甲基腺苷(m1A)、c和7-甲基鸟苷酸(m7G)。这些修饰构成了一个相对未被探索的基因表达调控层，凸显了RNA的复杂性和多样性。修饰核苷的结构多样性在维持RNA稳定性、翻译、剪接等方面起着关键作用。因此，这些修饰在调节多种疾病的发展和病理生理方面具有重要作用。

在 m5C 修饰中，甲基与 DNA 和 RNA 分子中胞嘧啶环的第五个碳原子相连。这种修饰首先在DNA上被发现，后来在20世纪70年代在RNA上被发现。它是一种重要的转录后修饰(PTCM)，在许多生物过程中都有重要的作用。因此，m5C修饰近来受到越来越多的关注，并在许多物种中被报道，包括酵母、腺病毒、Phaseolus vulgaris、海星、嗜热四膜虫、大鼠、黑腹果蝇和小麦胚芽。

对m5C修饰的研究最初集中在tRNA和rRNA上。在tRNA中，m5C已经被证明参与优化密码子反密码子配对，维持稳态，调节应激反应，控制翻译效率和准确性。同时，rRNA中的m5C修饰在细菌耐药、胶质瘤对应激相关酶NQO1生物活性底物的敏感性、热适应性等方面发挥着重要作用(如嗜热菌中核糖体RNA小亚基甲基转移酶F (RsmF)介导的m5C修饰降低了其热适应性)、以及应激下三级rRNA-tRNA-mRNA复合物的结构稳定性(即促进适应性翻译)。

然而，虽然有大量关于m5C在tRNA和rRNA中的数据，但由于mRNA的丰度较低，且缺乏有效的分离纯化技术，对其在mRNA中的作用知之甚少。然而，随着近年来检测方法的进步，对mRNA m5C修饰的研究逐渐增多。

在 mRNA 中，m5C 修饰连同多种效应酶，例如 NOP2/Sun RNA 甲基转移酶 2 (NSUN2)、NSUN6,38 tRNA 天冬氨酸甲基转移酶 1 (TRDMT1) 和 Aly/REF 输出因子 (ALYREF)，执行多种功能， 包括促进 mRNA 核胞质运输； 病毒蛋白表达； DNA损伤修复； mRNA 稳定性；细胞耐受性、增殖和迁移；干细胞的发育、分化和重编程； mRNA 剪接的调控。此外，m5C的分布因细胞类型而异。在mrna的特定位置上的m5C修饰表现出不同的调控活性:它们可以促进或抑制翻译。因此，mRNA m5C修饰异常与多种疾病的发生发展有关，包括癌症、自身免疫性疾病和动脉硬化。

mRNA中与m5C修饰相关的效应器(writer, reader和erase)概述。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.omtn.2021.08.020

迄今为止，对相关效应物、不同物种的特异生物学功能以及mRNA m5C修饰的临床相关性均未进行系统综述。因此，在这篇综述中，作者全面总结了当前的检测方法、预测模型、相关效应子以及 mRNA m5C 修饰在正常生理和疾病状态中的作用，这些可以作为研究人员的指导以及对发展的新见解， 新的诊断方法、治疗方法和预后生物标志物。（生物谷 Bioon.com）

参考文献

Gangqiang Guo et al. Advances in mRNA 5-methylcytosine modifications: Detection, effectors,biological functions, and clinical relevance. Mol Ther Nucleic Acids 2021 Aug 26;26:575-593. doi: 10.1016/j.omtn.2021.08.020.