解读丨李笑雨、伊成器（北京大学生命科学学院）

责编丨迦   溆

当前研究已经在RNA上发现了超过100种不同类型的转录后修饰【1】，这些修饰大部分分布在rRNA、tRNA等高丰度的ncRNA上，并且对这些RNA的生物学功能起着重要的作用。然而，对于mRNA上的化学修饰的研究，包括修饰类型以及功能研究仍然处于起步阶段。目前为止，在真核生物mRNA的内部已有m⁶A，m⁶Am，I，m⁵C，hm⁵C，Ψ，m¹A，Nm被报道，近年来越来越多的研究报道发现mRNA上的转录后修饰呈现出动态变化的特征并且参与多种RNA调控过程【2】。N⁴-acetylcytidine（ac⁴C）最开始被发现存在于细菌tRNA^met的反密码子的第一位【3】，并且对于蛋白合成中的编码准确性是必须的【4】。在真核生物RNA中，ac⁴C被发现存在于serine及leucine tRNA和18S rRNA上，并且由NAT10及其同源蛋白所催化。2016年研究人员利用质谱发现ac⁴C也存在于人的mRNA上【5】，然而对于ac⁴C的分布规律及其对于mRNA的调控作用仍然有待研究。

近日，美国国家癌症研究所的Shalini Oberdoerffer课题组在Cell期刊上发表了一篇题为Acetylation of Cytidine in mRNA Promotes Translation Efficiency的研究论文，他们发现mRNA上的ac⁴C修饰也由NAT10催化，并且获得了全转录组水平的ac⁴C修饰谱图，ac⁴C主要富集在CDS区域并在5’ UTR也有一定富集。作者进一步利用多种研究手段发现mRNA上的ac⁴C有助于促进其稳定性并且增强其翻译效率。

作者利用dot blot、LC-MS/MS及Immuno Northern blot多种研究手段证实ac⁴C修饰确实存在于mRNA上，并且发现在NAT10敲除细胞系中mRNA上的ac⁴C修饰水平显著下降，说明NAT10不仅可以催化tRNA^ser、tRNA^leu 和18S rRNA上的ac⁴C修饰也可以作用于mRNA。作者进一步利用特异识别ac⁴C的抗体富集含有ac⁴C的mRNA片段并结合高通量测序开发了名为acRIP-seq的测序方法，实现了全转录组水平的ac⁴C修饰谱图的鉴定。对鉴定到的ac⁴C peak进行分析，发现它们主要富集在5’UTR与CDS区域，尤其是CDS区域。

通过RNA差异表达分析，作者发现含有ac⁴C修饰的转录本在NAT10缺失之后表达量发生了明显下降，并且在表达量下降的转录本中，ac⁴C修饰主要发生在CDS区域。进一步作者排除了转录的变化造成的转录本表达量下降，并且利用BRIC-seq进行了转录本稳定性分析，发现NAT10缺失之后，与不含有ac⁴C修饰的转录本相比，CDS区域含有ac⁴C修饰的转录本的half-life明显下降，说明ac⁴C修饰有助于促进mRNA的稳定性。

利用Ribosome profiling等手段，作者发现mRNA上的ac⁴C修饰可以促进mRNA翻译。通过分析密码子偏好性，含有ac⁴C的转录本富集了第三位（wobble site）为C的密码子。进一步利用体内与体外翻译系统，作者都发现wobble site上的ac⁴C修饰显著促进了翻译，说明mRNA上的ac⁴C修饰可以影响tRNA选择进而调控mRNA的翻译。

值得一提的是由于ac⁴C也存在于tRNA^ser、tRNA^leu及18S rRNA上并且也由NAT10催化，作者利用多种研究手段证实了在NAT10缺失细胞系中观察到的含有ac⁴C修饰的基因表达量变化及翻译速率的变化是由mRNA上ac⁴C修饰所特异调控的，而不是受到tRNA及18S rRNA上的ac⁴C修饰变化的影响。

综上所述，这篇文章在mRNA上鉴定到了一种新型乙酰化修饰ac⁴C，与mRNA上研究较多的m⁶A修饰相比，ac⁴C具有不同的分布规律及调控功能，这一发现扩展了mRNA上的修饰种类与功能的研究。与此同时，ac⁴C被发现富集在5’UTR与CDS区域，这篇文章主要对于CDS上的ac⁴C修饰功能进行了研究，对于5’UTR上的ac⁴C调控的功能，以及该修饰能否被去除，相应的去除酶类，识别蛋白等，及其在发育及疾病发生过程中的作用仍有待进一步探索。

注：北京大学生命科学学院伊成器实验室长期致力于DNA/RNA修饰及去修饰的生物学通路、功能和机制研究。近年来在包括Cell Stem Cell,Nat. Chem. Biol.,Molecular Cell,Nat. Commun.,Nat. Methods,PNAS等杂志上发表多项原创性成果（2016 Nature Methods年度技术：表观转录组分析——北大伊成器受邀发表相关综述文章；伊成器、汤富酬合作发布小鼠早期胚胎中5fC精细图谱）。

参考文献

1. Boccaletto, P. et al. MODOMICS: a database of RNA modification pathways. 2017 update. Nucleic Acids Res 46, D303-D307, doi:10.1093/nar/gkx1030 (2018).

2. Roundtree, I. A., Evans, M. E., Pan, T. & He, C. Dynamic RNA Modifications in Gene Expression Regulation. Cell 169, 1187-1200, doi:10.1016/j.cell.2017.05.045 (2017).

3. Stern, L. & Schulman, L. H. The role of the minor base N4-acetylcytidine in the function of the Escherichia coli noninitiator methionine transfer RNA. J Biol Chem 253, 6132-6139 (1978).

4. Taniguchi, T. et al. Acetate-dependent tRNA acetylation required for decoding fidelity in protein synthesis. Nat Chem Biol 14, 1010-1020, doi:10.1038/s41589-018-0119-z (2018).

5. Dong, C. et al. tRNA modification profiles of the fast-proliferating cancer cells. Biochem Biophys Res Commun 476, 340-345, doi:10.1016/j.bbrc.2016.05.124 (2016).

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