Mol Cell | 北京基因组所杨运桂团队及合作者揭示表观转录组学与癌症的“意外”关联

RNA修饰在真核细胞的调节中很重要。在迄今已知的170种不同RNA修饰中，大约80%是甲基化。常见的mRNA修饰是5-甲基胞嘧啶（m5C），其由NOP2/Sun结构域（NSUN）RNA甲基转移酶2或DNA甲基转移酶2（DNMT2）催化，并可通过TET甲基胞嘧啶双加氧酶2（TET2）去甲基化。但mRNA在基因转录处理和癌症中的作用仍不清楚。

mRNA的m5C修饰，通过与其结合的阅读蛋白质，在基因调控中发挥重要作用，参与多种生物过程和多种疾病。迄今为止，已知与m5C标记RNA转录本结合的蛋白（阅读蛋白）包括Aly/REF输出因子（ALYREF）、YTH结构域家族蛋白2（YTHDF2）、脆性X智力迟钝蛋白（FMRP）等。目前，这些m5C阅读蛋白还没有被详细描述，它们在癌症中的作用还不清楚。

富含丝氨酸/精氨酸的RNA结合蛋白是RNA剪接的核心调节因子，包括SR剪接因子（SRSF）1-12。近日，北京基因组研究所杨运桂研究员团队联合比利时布鲁塞尔自由大学研究团队意外地发现SRSF2优先与m5C修饰的RNA直接结合。通过绘制HeLa细胞中转录组范围内的SRSF2 RNA结合谱和m5C甲基组，揭示了NSUN2缺失时m5C水平、RNA结合和剪接的变化。值得注意的是，白血病相关SRSF2P95H突变降低了SRSF2与mRNA m5C结合的亲和力。此外，该研究证明了NSUN2低表达与SRSF2P95H与白血病患者预后不良之间的关联。通过将表观转录组学与常见的白血病相关突变联系起来，该研究发现为血液恶性肿瘤开辟了潜在的治疗途径。该研究成果已发表在Molecular Cell上，文章标题为“SRSF2 plays an unexpected role as reader of m5C on mRNA, linking epitranscriptomics to cancer”。

研究概述

为了找到m5C结合蛋白，研究团队进行了RNA pull-down和质谱分析。结果显示，只有SRSF2蛋白对生物素化的m5C RNA寡核苷酸表现出显著的结合偏好（图1A）。对于质谱检测的其他SR蛋白，SRSF2与m5C RNA寡核苷酸的结合明显增加，其他SR蛋白没有明显变化，证实了实验的可靠性和SRSF2对m5C的结合特异性（图1B）。此外，重组SRSF2在无细胞环境中对m5C探针表现出强烈的偏好，表明直接结合（图1D）。以上结果表明，SRSF2在体外和活细胞中优先与m5C修饰的RNA结合。

图1.SRSF2优先与m5C修饰的RNA结合。

研究团队在转录组水平上全面分析了SRSF2-RNA结合位点，在HeLa细胞的6,844个转录本中鉴定了10,928个SRSF2结合位点。SRSF2主要富集于外显子区域。SRSF2主要富集在外显子区域（图2B），大多数SRSF2结合转录本是蛋白质编码的（86.25%），特别是在编码序列（CDS）区域富集（73%）。此外，大多数SRSF2结合靶点是该蛋白所特有的，并优先在胞嘧啶-鸟嘌呤（CG）富集的SSNG基序上结合。

图2.转录组SRSF2结合谱，mRNA m5C图谱，以及SRSF2结合和m5C的共存。

由于SRSF2优先结合m5C修饰的RNA，研究团队接下来分析了减少m5C标记如何影响转录组范围内的SRSF2结合。为此，研究人员首先验证了NSUN2敲除（KD）HeLa细胞中m5C mRNA水平显著降低（图3A、3B），然后进行RNA生物素标记试验或高通量测序，发现SRSF2 RNA与NSUN2 KD的结合显著降低。与HeLa对照细胞一样，在NSUN2 KD细胞中鉴定出高度可重复的SRSF2结合位点。

NSUN2 KD与对照组的差异结合分析显示，共有3,426个SRSF2差异结合位点，其中约65%显示NSUN2 KD后的结合丧失，35%显示结合增强（图3C）。当NSUN2减少时，SRSF2向不含C的结合位点重定向。此外，在NSUN2 KD中鉴定的73.3%的DS基因也在SRSF2 KD细胞中鉴定出来（图3G），NSUN2缺失对RNA选择性剪接的影响类似于SRSF2缺失，提示m5C、SRSF2和RNA剪接之间存在关联。

图3.NSUN2缺失降低了m5C水平，改变了SRSF2的mRNA结合亲和力，导致与SRSF2缺失相似的RNA剪接变化。

白血病的确切原因以及分子和细胞机制尚未完全了解。白血病中最常见的基因突变之一是体细胞SRSF2突变，在某些类型的白血病中高达50%，这些突变对发病机制至关重要。该研究发现了一种以前未被怀疑的可能导致白血病的分子机制：SRSF2的突变改变了其读取RNA中m5C的能力，从而抑制了其调节mRNA的功能。

经过分析SRSF2的几个突变：T51A、K52A、P95H、H99A和P107H.28，研究人员发现与P95H变体相比，其他SRSF2突变形式保持对m5C的偏好（图4），表明P95H突变降低了SRSF2对RNA m5C的结合亲和力，并且P95H突变更倾向结合于未甲基化的RNA序列。

图4.SRSF2P95H突变蛋白显示对m5C-RNA的结合偏好降低。

通过分析来自白血病患者的近700份样本，研究团队能够识别出一组新的患者，这些患者由于SRSF2读取m5C的能力降低，其生存机会特别低。研究显示，在SRSF2P95H突变患者中，低表达NSUN2与预后不良和部分癌基因低表达具有可重复性相关，表明NSUN2作为SRSF2P95H突变白血病患者预后标志物的潜在作用，并突出了NSUN2、SRSF2P95H和肿瘤发生之间未被认识的联系。

这一发现不仅为理解白血病的病因打开了一扇新的大门，而且它可能导致新的治疗策略和基于RNA表观遗传学的研究。虽然从突变到疾病的路径仍有待完全阐明，但该研究表明SRSF2 m5'C-reader功能可以促进白血病的发展。这些数据确定了RNA修饰和一个重要的突变依赖因子之间未被认识到的机械联系

论文原文：

Hai-Li Ma, Martin Bizet, Christelle Soares Da Costa, et al. SRSF2 plays an unexpected role as reader of m5C on mRNA, linking epitranscriptomics to cancer. Molecular Cell, 2023. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.11.003