正常细胞代谢所需的能量主要由线粒体氧化磷酸化产生的ATP提供，而肿瘤细胞即便氧供充足也偏好利用糖酵解供能。肿瘤细胞的糖酵解代谢为其提供充足的ATP，利于其生长增殖。近年来，针对肿瘤细胞能量代谢的研究受到广泛关注，基于肿瘤能量代谢的内在分子机制研究，将对肿瘤治疗提供新的指导方向。N6-甲基腺嘌呤（m6A）mRNA修饰在细胞的生物学功能具有多种调控作用。研究发现肿瘤细胞的m6A修饰调控肿瘤的生长、增殖及转移，然而m6A修饰是否参与肿瘤细胞的能量代谢中尚待深入研究。近日，中山大学药学院王红胜课题组在《Nature Communications》（IF=11.878）上发表题为：N6-methyladenosine regulates glycolysis of cancer cells through PDK4 的研究论文，发现RNA的m6A修饰对肿瘤细胞的能量代谢有积极调节作用，其可通过丙酮酸脱氢酶激酶4（PDK4）参与肿瘤细胞的糖酵解和ATP生成。本研究发现，m6A修饰参与肿瘤细胞的糖酵解和ATP生成。甲基转移酶METTL3的缺失使得m6A水平下调，并抑制肿瘤细胞的葡萄糖摄入、乳酸产生速率和ATP生成。m6A-seq和功能实验表明，PDK4的表达受m6A调控，且过表达PDK4能逆转METTL3缺失导致的肿瘤细胞糖酵解和ATP生成抑制。进一步研究表明，PDK4 mRNA的5’UTR区而非3’UTR区的m6A修饰，可通过与YTHDF1/eEF-2复合物和IGF2BP3结合，从而正向调节其mRNA的翻译延伸及mRNA稳定性。此外，TATA结合蛋白（TBP）可以通过与METTL3启动子结合增强其转录及在宫颈癌细胞中的表达。体内和临床分析表明，m6A/PDK4在宫颈癌和肝癌组织表达上调，且对其发生发展具有促进作用。
图 m6A调控PDK4翻译及mRNA稳定性介导肿瘤细胞糖酵解示意图此外，中山大学药学院王红胜课题组还在《Nucleic Acids Research》（IF=11.147）上发表题为：Targeted mRNA demethylation using an engineered dCas13b-ALKBH5 fusion protein的研究论文，成功构建基于dCas13b-ALKBH5的融合蛋白体系dm6ACRISPR，实现在活细胞内靶向mRNA进行去甲基化修饰。同时，在肿瘤细胞中运用dm6ACRISPR靶向促癌基因EGFR和MYC，可显著降低其表达和抑制肿瘤细胞的生长。RNA甲基化修饰约占所有RNA修饰的60%以上，而N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine, m6A）是高等生物mRNA中最为普遍的转录后修饰。m6A修饰由“编码器（Writer）”、“消码器（Eraser）”和“读码器（Reader）”共同调控其动态变化。其中，FTO和ALKBH5是目前已知的去甲基化酶，可“擦除”mRNA上的m6A修饰。m6A修饰对细胞各生物学行为具有多种调控作用，然而在活细胞内探讨m6A修饰在靶mRNA上的具体作用尚未能实现。近年来基于CRISPR/Cas体系发展而来的基因编辑技术发展迅速，其中，酶失活型DNA结合酶dCas9联合功能蛋白所构建的融合蛋白体系可在活细胞内定向改造DNA的表观遗传修饰。与Cas9功能相似，Cas13b可结合并剪切RNA，而酶失活型Cas13b（dCas13b）联合gRNA可在活细胞内结合靶mRNA，使活细胞内的mRNA表观遗传修饰编辑变成可能。本研究利用dCas13b融合去甲基化酶ALKBH5，结合靶向mRNA的gRNA，构建出可在活细胞内靶向mRNA的m6A去甲基化修饰体系dm6ACRISPR。该体系具有特异性强、去甲基化效率高和脱靶率低等特点。研究表明，dm6ACRISPR可实现CYB5A mRNA的单位点及CTNNB1 mRNA的多位点去甲基化，提高靶mRNA稳定性。同时，dm6ACRISPR具有高度错配不耐受的特点，其细胞内脱靶率仅为0.03%。此外，在肿瘤细胞中运用dm6ACRISPR体系靶向促癌基因EGFR和MYC，可显著降低其表达水平，同时明显抑制肿瘤细胞生长，表明dm6ACRISPR在疾病防治上具有潜在价值。
图 dm6ACRISPR去甲基化编辑示意图
参考文献：
[1] Zihan Li, et al., N6-methyladenosine regulates glycolysis of cancer cells through PDK4. Nature Communications. 2020.
[2] Jiexin Li, et al., Targeted mRNA demethylation using an engineered dCas13b-ALKBH5 fusion protein. Nucleic Acids Research. 2020.
Nat Comm & NAR | 中山大学团队发现m⁶A调控肿瘤细胞能量代谢的新机制并研发相关工具
发布时间：2020-06-08 13:47 文章来源：未知 作者：百替生物
参考文献：
[1] Zihan Li, et al., N6-methyladenosine regulates glycolysis of cancer cells through PDK4. Nature Communications. 2020.
[2] Jiexin Li, et al., Targeted mRNA demethylation using an engineered dCas13b-ALKBH5 fusion protein. Nucleic Acids Research. 2020.