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第35卷 第6期2023年6月生命科学Chinese Bulletin of Life SciencesVol.35,No.6Jun.,2023文章编号：1004-0374(2023)06-0714-10DOI:10.13376/j.cbls/20230039收稿日期：2023-02-10；修回日期：2023-03-23基金项目：国家自然科学基金项目(81770165)*通信作者：E-mail:bs-；Tel:021-61900476m6A甲基转移酶METTL3在胚胎发育中的作用研究进展王璇璇1,2,3,4，韩兵社1,2,3,4*，张俊芳1,2,3,4(1 上海海洋大学，水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室，上海 201306；2 上海海洋大学，水产科学国家级实验教学示范中心，上海 201306；3 上海海洋大学，科技部海洋生物科学国际联合研究中心，上海 201306；4 临港新片区海洋生物医药科技创新型平台，上海 201306)摘要：胚胎发育调控机制是一个非常重要的生物学基础问题，而其中的表观遗传学机制成为最近的研究热点。研究发现，甲基转移酶样 3(methyltransferase-like 3,METTL3)催化产生的 m6A 修饰在卵母细胞成熟、母源-合子转化、胚胎干细胞命运调控以及血管生成等胚胎发育过程中发挥重要作用。同时，靶向METTL3 的化合物也不断被发现与合成，有望应用于 m6A 相关疾病的靶向治疗。本文就 METTL3 的结构、催化机制、调控机制、在 RNA 代谢和胚胎发育中的作用以及 METTL3 靶向化合物进行介绍。关键词：RNA 甲基化；m6A；METTL3；胚胎发育中图分类号：Q75；Q954.4 文献标志码：AResearch progress on the role of m6A methyltransferase METTL3 in embryonic developmentWANG Xuan-Xuan1,2,3,4,HAN Bing-She1,2,3,4*,ZHANG Jun-Fang1,2,3,4(1 Key Laboratory of Ministry of Education for Exploration and Utilization of Aquatic Genetic Resources,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;2 National Demonstration Center for Experimental Fisheries Science Education,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;3 International Research Center of Ministry of Science and Technology for Marine Biosciences,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;4 Marine Biomedical Science and Technology Innovation Platform of Lin-gang Special Area,Shanghai 201306,China)Abstract:The regulatory mechanism of embryonic development is a very important fundamental question in biology,and the role of epigenetic modification has become a recent research hotspot.Accumulating studies showed that m6A modification produced by methyltransferase-like 3(METTL3)plays important roles during embryonic development such as oocyte maturation,maternal-to-zygotic transition,embryonic stem cell fate regulation and angiogenesis.Meanwhile,compounds targeting METTL3 have also been continuously discovered and synthesized,which are expected for targeting m6A-related diseases.In this paper,the structure,catalytic mechanism and regulatory mechanism of METTL3 are reviewed,its function in RNA metabolism and embryonic development,and METTL3-targeted compounds are also introduced.Key words:RNA methylation;m6A;METTL3;embryonic development表观遗传学机制可以在不改变 DNA 序列的前提下，产生可以遗传给子代细胞或个体的基因表达模式改变。目前已经发现的表观遗传学机制包括DNA 甲基化、组蛋白修饰以及非编码 RNA 等，这些机制在各种生命活动中发挥重要作用1。前期的表观遗传学机制研究主要探索了 DNA 和不同组蛋白的多种共价修饰在基因表达中的调控作用，近年来科学家发现 RNA 也可以发生各种共价修饰，如王璇璇，等：m6A甲基转移酶METTL3在胚胎发育中的作用研究进展第6期715甲基化、羟甲基化、乙酰化等。其中已经发现的RNA甲基化类型包括N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)、N1-甲基腺苷(N1-methyladenosine,m1A)、5-甲基胞嘧啶(N5-methylcytidine,m5C)和 N7-甲基鸟苷(N7-methyladenosine,m7G)等2。RNA 甲基化可以在多种生命活动中发挥作用，包括胚胎发育、DNA损伤修复、细胞应激、神经系统发育和癌症发生等3。m6A 是真核细胞中常见的一种化学修饰，指RNA 分子腺嘌呤第六位 N 处发生甲基化。m6A 修饰可通过影响 mRNA 的剪接、出核、降解、稳定性和翻译等过程，进而影响基因的表达，调控多种生物学过程4。Desrosiers 等5在哺乳动物细胞mRNA 中首次发现 N6-甲基腺苷残基、N7-甲基鸟苷残基和 2-O 甲基核苷残基的存在。m6A 修饰可由甲基转移酶复合物(METTL3、METTL14、WTAP 和KIAA1429)生成，由去甲基化酶(FTO 和 ALKBH5)去除，并被结合蛋白(YTHDF13、YTHDC12 和hnRNP 家族蛋白)识别6。其中，甲基转移酶样 3(methyltransferase-like 3,METTL3)在卵母细胞成熟、精子发生和母源-合子转化(maternal-to-zygotic transition,MZT)等胚胎发育过程中发挥重要作用。1METTL3的结构与催化机制METTL3 是第一个被发现与 m6A 修饰过程相关的甲基转移酶。1994 年，Bokar 团队利用 HeLa 细胞核提取物和牛催乳素 mRNA 组成的体外甲基化系统分离纯化出了 N6-腺苷甲基转移酶复合物，其主要由三种组分组成，相对分子质量分别为 30、200和 875 kDa。其中，200 kDa 组分的一个 70 kDa 亚基上含有 S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine,SAM)结合位点，被称为 MT-A70(MT-A 亚单位，70 kDa)，也就是现在所称的 METTL37。METTL3可与 METTL14 形成异源二聚体，再与 WTAP 结合形成 m6A 甲基转移酶复合物，METTL3 作为催化核心发挥作用(图 1)8-9。METTL3 的编码基因位于人类染色体 14q11.2处，该蛋白由前导螺旋结构域(LH)、核定位序列(NLS)、CCCH 型锌指结构域(ZFD)和甲基转移酶结构域(MTD)组成(图 2A)8-9。LH 含有疏水氨基酸残基，可能是 WTAP-METTL3 相互作用的部位9；NLS 介导 METTL3-METTL14 甲基转移酶异源二聚体入核；ZFD 作为识别域，特异性结合到含有5-GGACU-3 识别序列的 RNA 上，并与 METTL3-NLS：核定位序列；RRACH：m6A修饰主要发生序列；LH：前导螺旋结构域。图1 甲基转移酶复合体中METTL3、METTL14和WTAP的相互作用示意图生命科学第35卷716METTL14 的 MTD 共同进行催化10。MTD 可以和SAM 结合11。METTL3 在从酵母到人类的大多数真核生物中高度保守12，其磷酸化修饰位点在物种间也是保守的，分别位于 N 端 LH 附近(S2、S43、S48、S50)、中央 NLS 区域(S219)、ZFD 附近(S243)以及 MTD 附近(T348、S350)，磷酸化修饰可能对其活性起调节作用9。m6A 修饰在 mRNA 和非编码 RNA 中均可以发生，研究人员通过突变分析发现 m6A 修饰主要发生在RRACH共识基序中(其中，R=A/G，H=U/A/C)12。而 METTL3 和 METTL14 的 MTD 可以识别这些序列位点，利用甲基转移酶的催化活性将甲基从SAM 转移到腺苷上13。METTL3 催化位点内的保守序列 DPPW 基序中的 Asp 是引发甲基化的催化残基，MTD 在分子间结合界面附近有个大空腔，SAM 结合位点位于 MTD 内部空腔的一侧，空腔的其余部分可能用于识别 RNA 底物，组成该腔的氨基酸序列在进化上高度保守11。2METTL3在RNA代谢调控中的作用及其功能调节2.1METTL3在RNA代谢调控中的作用METTL3 在 RNA 整个生命周期中扮演着重要角色，包括影响 RNA 稳定性、RNA 剪接、RNA翻译及出核等过程。目前已发现 METTL3 的多个RNA 底物，这些 RNA 底物的代谢受到 METTL3 的调控，进而影响肿瘤发生、炎症反应、昼夜节律、血管生成和胚胎发育等过程。2.1.1mRNA翻译METTL3 介导的 m6A 修饰对于 mRNA 翻译有多种调控机制。第一种调控机制主要与 YT521-B同源结构域家族蛋白 1(YT521-B homology domain family 1,YTHDF1)和翻译起始因子 3(eukaryotic initiation factor 3,eIF3)有关：YTHDF1 与 mRNA 3非翻译区(3UTR)中的 m6A 结合，并招募 eIF3 到5 端；利用闭环模型即 eIF4G-eIF4E-poly(A)结合蛋白(PABP)-poly(A)的相互作用，使 mRNA 的 5 和3 末端结合在一起，从而促进翻译14。第二种调控机制为 METTL3 直接与 eIF3 作用促进翻译15。另外有研究报道 METTL3 还可以在 mRNA 的编码区域进行甲基化修饰，通过减少核糖体停滞促进翻译16。METTL3 对于 mRNA 的翻译调控具有双重作用。例如，METTL3 可以促进 TRAF6(TNF receptor associated factor 6)、MYC(MYC proto-oncogene,BHLH transcription factor)、BCL-2(B-cell lymphoma-2)mRNA 翻译17-20，也可以降低 ABCE1(ATP-binding cassette E1)、NLRP4E(N