RNA 甲基化修饰研究是生命科学领域最热门的方向之一。几乎所有的编码和非编码 RNA 都经历转录后修饰，其中包括进化保守特征的 RNA 甲基化修饰。

除 m⁶A RNA﹑m⁵C RNA 甲基化修饰外，m¹A RNA 甲基化（RNA 分子腺嘌呤第 1 位氮原子上的甲基化）修饰是近年来发现的一种新的 RNA 甲基化修饰类型。m¹A 是真核生物 RNA 的转录后修饰方式，参与调控 mRNA 的翻译、定位、稳定性等多个过程。

2020 年 10 月 28 日，德国维尔茨堡大学的 Claudia Höbartner 团队在 Nature 杂志，以 Site-specific RNA methylation by a methyltransferase ribozyme 为题，详细介绍了一种 新的核酶 MTR1， 可将 1 - 甲基腺苷的甲基转移至底物 RNA 中的特定位点，实现位点特异性 RNA 甲基化修饰。

图片来源：Nature

核苷酸修饰主要用于改变非编码 rRNA、tRNA 和 snRNA 的结构和功能，但也有一些通过调节 mRNA 的命运和功能来影响基因表达程序。目前，超过 70 个甲基化核苷酸被证实在 RNA 修饰过程中具有重要功能。绝大多数甲基化核苷酸使用 SAM 作为通用甲基供体通过蛋白酶的后合成步骤进行甲基化组装。

在以 DNA 和蛋白质为基础的现代生命科学发展之前，RNA 曾被认为具有主要的遗传物质和催化核酶功能。RNA 核酶是否能够催化位点特异性的甲基化修饰仍然是一个悬而未决的问题。

大胆筛选

体外筛选是一种从随机 RNA 文库中通过反复筛选和扩增功能 RNA 的有效方法。Claudia Höbartner 团队首先寻找可催化生物基团通过苄基连接转移至目标 RNA 的烷基化转移核酶。

经过 11 轮次体外筛选，Claudia Höbartner 团队成功确定了 2 种候选的烷基转移酶（分别命名为 CA13 和 CA21），它们均包含了一个发夹结构和部分互补的茎结构，并且在侧翼区域具有相似序列，故推测由此产生的核酶可使 RNA 甲基化。

CA13 和 CA21 均可催化目标 RNA 烷基化

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随后通过生物工程方法，研究人员成功在核酶核心中的茎区域引入了稳定 UUCG 四聚物，并命名为 MTR1。

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引入 UUCG 四聚物的稳定 MTR1，以 13-nt 或 17-nt RNA 为靶点，m⁶G 为辅助因子，在 37℃，pH 7.5 条件下孵育 23 h，生成甲基化 RNA 产物效率可达 80-90%。

小心求证

Claudia Höbartner 团队考量这个被证实成功转移的烷基是否可以是单一甲基，m⁶G 是否可以作为新核酶的辅助因子。通过进一步分析 MTR1 甲基化产物的生物化学成分，腺嘌呤突变为鸟嘌呤、胞嘧啶的目标 RNA 底物未被甲基化修饰，证实 MTR1 的催化位点在 RNA 底物的腺嘌呤。

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此外，一些同分异构体的甲基化腺嘌呤是 RNA 天然的甲基化修饰位点，包括 m⁶A, m¹A 和 2'-o - 甲基腺苷。高分辨率电喷雾 - 电离质谱、分离产物水解和 RNase 消化等实验证实了在腺苷 m¹A 位点存在裂解产物，提示新核酶 MTR1 的修饰位点和方式为 m¹A RNA 甲基化修饰。

甲基化产物的分析鉴定表明新核酶 MTR1 的修饰为 m1A RNA 甲基化修饰

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甲基化核苷 m¹A 是一种固有 tRNA 修饰，位于 9、14、22、57 或 58 位，由甲基转移酶家族在 SAM 辅助下进行组装。Claudia Höbartner 团队随后合成了三条含有嘌呤 m¹A 位点的 13-nt tRNA，在体外 tRNA 上测试 MTR1 甲基化修饰活性，结果表明 所有三种合成的 tRNAs 均被 MTR1 成功甲基化修饰。

MTR1 核酶成功甲基化修饰三条含有嘌呤 m1A 位点 tRNA

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锦上添花

如前所述，m¹A 是真核生物 RNA 转录后修饰方式。在验证 MTR1 可成功将体外转录 tRNA 甲基化后，Claudia Höbartner 团队又选择了原核生物大肠杆菌 E. coli tRNA 对 MTR1 位点特异性甲基化修饰能力进行了验证（m1A 并不是 E. coli tRNAs 的自然 RNA 修饰方式）。液相色谱 - 质谱明确了 MTR1 处理组 E. coli tRNAs m¹A 成功甲基化修饰。

MTR1 处理组 E. coli tRNAs m¹A 成功甲基化。

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