mRNA的翻译受到多重机制的严格调控以确保其准确性。在细胞质中，核糖体结合mRNA形成多聚核糖体（Polysome）进行高效翻译，而部分mRNA储存于无膜亚细胞器结构P-body（Processing body），与核糖体隔绝，处于不翻译的状态。不同mRNA在多聚核糖体和P-body中的分布各不相同，其中的一些特定的序列元件以及microRNA结合位点可将mRNA靶向到P-body【1,2】。然而，由于三分之一的人编码基因转录本都在P-body中显著富集【3】，是否存在其他通用的调控mRNA靶向到P-body的机制仍然未知。
2023年11月27日，武汉大学生命科学学院、泰康生命医学中心周宇教授团队研究在Molecular Cell在线发表了题为“m6A modification negatively regulates translation by switching mRNA from polysome to P-body via IGF2BP3”的研究论文。该研究发现，HeLa细胞中多聚核糖体组分中活跃翻译的mRNA具有较低的m6A修饰水平，而P-body中储存的不翻译的mRNA具有较高的m6A修饰水平。m6A修饰可通过其阅读器蛋白IGF2BP3将mRNA分流到P-body，从而通过调控mRNA在多聚核糖体和P-body中的分布调控翻译。
研究人员首先分离纯化多聚核糖体组分中的mRNA并检测其m6A修饰水平，发现多聚核糖体组分中mRNA的m6A修饰水平要显著低于细胞质中总mRNA的m6A修饰水平。同时，他们发现mRNA的m6A修饰水平与翻译水平呈负相关，提示m6A高修饰的mRNA可能聚集在与多聚核糖体隔离的细胞质组分中。进一步，他们纯化了P-body颗粒并检测了P-body中RNA的m6A修饰水平，发现其显著高于细胞质总RNA的m6A修饰水平。同时，他们发现m6A修饰修饰水平与mRNA在P-body中的富集程度呈正相关。随后，通过敲低m6A甲基化酶METTL14使得细胞内mRNA整体m6A修饰水平下降，他们发现原m6A高修饰的mRNA的翻译水平上升并且在P-body中的富集程度下降。通过对纯化的P-body进行蛋白质谱鉴定，研究人员确认了之前发现的m6A结合蛋白IGF2BP家族蛋白在P-body中显著富集。通过敲低实验以及靶向结合实验证明，IGF2BP3是调控m6A介导的mRNA在多聚核糖体和P-body中分布的主要因子。基于该工作的研究结果，研究人员提出m6A-IGF2BP3通过调控mRNA在多聚核糖体和P-body中的分布，从而调控了mRNA的翻译（图1）。GO-term分析发现，m6A低修饰的mRNA主要编码组成型表达的基因，而m6A高修饰的mRNA主要编码调控因子，这使得管家基因能够高效表达而调控因子的表达受到严格限制。
该研究为理解m6A修饰的功能和机制提供了新思路。研究人员也指出尚有一系列新问题值得进一步研究和探讨。比如，这种调控模式是否具有组织细胞特异性？P-body中mRNA的m6A修饰是否具有位置特异性？不同的m6A修饰阅读器蛋白或RNA结合蛋白如何协同决定mRNA的分流和分布？P-body中的mRNA如何释放出来？是否经历m6A去修饰？同一个基因的不同转录本异构体上的m6A修饰是否有差别？是否受到不同的分流和翻译调控？该调控模式是否与P-body相分离有关？另外，该调控模式的生理或病理功能也值得深入探究。
图1. m6A通过IGF2BP3调控mRNA在Polysome和P-body中的分布
武汉大学生命科学学院、泰康生命医学中心周宇课题组在读博士研究生山挺、刘飞燕和温苗苗为该论文的共同第一作者，陈宗贵、李少鹏等研究生参与了研究。该研究工作得到了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心程红研究员、武汉大学王雅芬副研究员的帮助。同时感谢付向东教授、刘默芳研究员等老师的交流建议和支持。周宇教授为该研究论文的通讯作者。
近期，周宇课题组在EMBO Reports上发表了题为“The polyA tail facilitates splicing of last introns with weak 3´ splice sites via PABPN1”的研究。该研究通过敲低或者dTAG快速降解内源细胞中的polyA尾结合蛋白PABPN1，并结合多种报告系统分析以及PABPN1蛋白邻近标记质谱，揭示了mRNA的polyA尾通过PABPN1和RBM26&27蛋白在细胞核中促进mRNA 3´末端内含子剪接的功能。这一研究不仅丰富了当前人们对polyA尾功能的认知，也增强人们对mRNA转录后剪接的理解。最近，周宇课题组与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心程红课题组等合作在The EMBO Journal杂志上发表了题为“CDK11 requires a critical activator SAP30BP to regulate pre-mRNA splicing”的研究论文。这项研究揭示了SAP30BP蛋白对CDK11调控剪接功能的关键激活作用，为针对CDK11的靶向药物开发以及相关疾病治疗提供了理论依据。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.10.040
参考文献：
1. Hubstenberger, A., Courel, M., Benard, M., Souquere, S., Ernoult-Lange, M., Chouaib, R., Yi, Z., Morlot, J.B., Munier, A., Fradet, M., et al. (2017). P-Body Purification Reveals the Condensation of Repressed mRNA Regulons. Mol Cell 68, 144-157 e145. 10.1016/j.molcel.2017.09.003.
2. Liu, J., Valencia-Sanchez, M.A., Hannon, G.J., and Parker, R. (2005). MicroRNA-dependent localization of targeted mRNAs to mammalian P-bodies. Nat Cell Biol 7, 719-723. 10.1038/ncb1274.
3. Standart, N., and Weil, D. (2018). P-Bodies: Cytosolic Droplets for Coordinated mRNA Storage. Trends Genet 34, 612-626. 10.1016/j.tig.2018.05.005.
