转录及转录后调控机制，包括组蛋白修饰和RNA修饰等，在肿瘤的发生与发展过程中扮演着关键角色。迄今为止，已知的RNA修饰类型超过170种，其中仅有大约十多种能够被精确定位至转录本上。2′-O-甲基化（2′-O-Methylated，Nm）是一种特殊的修饰方式，其独特之处在于能作用于多种核苷酸（A、U、C、G），广泛分布于真核生物的rRNA、mRNA的帽结构以及植物中的miRNA。然而，由于缺乏精确的定位与定量技术，Nm在mRNA内部的具体位置分布、功能及其作用机制尚不明晰。

前列腺癌在全球及我国男性生殖系统肿瘤中发病率居首，而晚期前列腺癌治疗手段有限，这主要归因于其复杂的病理机制。Fibrillarin（FBL）是一个关键的癌基因，尤其在TP53基因突变后会异常激活，不仅促进rRNA的Nm修饰，还加速癌蛋白的翻译过程，从而参与前列腺癌及其它多种肿瘤的发展。FBL通过snoRNA介导催化rRNA的Nm修饰，并影响蛋白质的翻译效率，但对于其是否直接调控mRNA表达以及如何影响肿瘤恶性进展的具体机制，目前尚无定论。

2024年6月20日，哈佛大学医学院/波士顿儿童医院陈开富课题组与西北大学曹圻课题组在《Molecular Cell》期刊在线发表题为“2′-O-methylation at internal sites on mRNA promotes mRNA stability”的研究论文。

大量研究表明，稳定的mRNA对于研发RNA疫苗和RNA治疗非常重要。在本文报道的最新研究中，李岩强等人对Nm修饰的mRNA稳定性的影响进行了系统分析，结果显示Nm修饰的mRNA相较于未修饰的mRNA展现出更高的稳定性。与对照组相比，FBL蛋白结合的mRNA也呈现出增强的稳定性。当FBL表达被抑制后，无论是Nm修饰的mRNA还是通常与FBL结合的mRNA，其稳定性和RNA水平均显著下降，表明FBL催化的mRNA Nm修饰能有效提升mRNA稳定性，从而提高转录水平。

更重要的是，作者开发了一种将纳米孔直接RNA测序技术和机器学习相结合的新方法——NanoNm，用于鉴定Nm修饰。该技术的有效性已在人类、酵母及果蝇的核糖体RNA上得到验证。应用此方法，研究观察到FBL敲低与肿瘤相关mRNA中Nm修饰水平降低的现象，揭示了mRNA中Nm修饰的普遍存在，进一步分析发现，前列腺癌的关键驱动基因PSMD13的mRNA，当携带Nm修饰时，表现出更高的稳定性，表明FBL在转录后水平通过催化癌基因mRNA的Nm修饰，来提升其稳定性，进而促进前列腺癌的恶性发展进程。

在机制探索方面，作者发现Nm修饰的基因倾向于具有较短的3'UTR，并且FBL敲低会影响3'UTR的长度。表明FBL介导的Nm修饰可能通过调控3'UTR的可变性来增强mRNA的稳定性。基于该发现，作者推测RNA结合蛋白可能通过识别Nm修饰的mRNA并与其相互作用，参与调控可变多聚腺苷酸化（APA）过程。结合CLIPdb RNA结合蛋白公共数据库分析，结果显示，诸如ATX2、CPSF7等蛋白的结合位点与Nm修饰位点高度重叠，暗示这些蛋白可能负责识别并结合Nm修饰的mRNA。与此同时，作者发现RNA结合蛋白，如已被报道参与RNA稳定性或调控APA过程的CPSF7，可能通过特异识别Nm修饰来影响mRNA的稳定性。当同时敲除FBL与CPSF7时，观察到对APA模式的影响与单独敲除FBL时相一致，表明CPSF7确实能识别Nm修饰，并在Nm修饰介导的RNA稳定性调控中发挥作用。

综上，该研究成功开发了一种广泛适应性的机器学习模型方法NanoNm，可基于纳米孔Direct RNA测序，用于精准检测Nm修饰，并揭示FBL通过催化mRNA上的Nm修饰来增强RNA稳定性及促进基因表达的新机制。在分子机制层面，该研究阐明了FBL如何通过调节可变3'-UTR长度影响RNA稳定性，进而促进肿瘤发生的机制。此外，该研究发现的Nm修饰对RNA稳定性的影响，为RNA疫苗的研发提供了重要的理论依据和实践指导。本研究有助于深入探索Nm在肿瘤、发育和其它疾病的调控机制，也为进一步研究FBL这个在众多癌种激活的癌基因的促癌机制提供了重要参考。

美国哈佛大学医学院/波士顿儿童医院陈开富，以及美国西北大学曹圻为此研究的共同通讯作者。李岩强（哈佛医学院/波士顿儿童医院 Instructor），易旸（美国西北大学医学院/罗伯特卢瑞癌症中心, Tenure-Track assistant professor）为论文的共同第一作者。李岩强负责该论文生物信息学分析部分包括RNA稳定性, 软件开发, 纳米孔测序数据的分析和整合, 易旸负责论文的纳米孔测序以及实验验证。该工作得到了芝加哥大学Boyang Gao以及Li-Sheng Zhang (现为香港科技大学助理教授) 的帮助。

哈佛大学医学院陈开富课题组招聘生物信息学博士后，算法开发或数据分析方向皆可。实验室主要关注RNA 修饰，染色体三维结构，单细胞、空间多组学。在细胞分化、心血管疾病、癌症方面有研究经验的博士欢迎申请, 实验室网页: https://kaifuchenlab.github.io/ 。

原文地址：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.04.011