武汉大学重磅研究!开发了一种可同时调控 RNA 功能新工具

RNA 的动态修饰与功能调控是表观转录组学与化学生物学的核心研究领域。其中，N⁶- 甲基腺嘌呤（m⁶A）作为真核生物 mRNA 上最普遍的内部修饰，深刻影响 RNA 的稳定性、翻译效率与亚细胞定位；而 RNA 的二级结构、分子间相互作用等功能状态则直接决定其生物学活性。

该研究的核心创新在于设计了一种具有双反应活性的单分子生物正交试剂，通过两步级联反应实现对 RNA 的双重调控。该试剂的分子结构包含三个关键部分：可与 RNA 2'- 羟基特异性反应的亲电基团、可调控 RNA 结构的大体积侧链，以及可后续触发二次反应的生物正交反应位点。

1. 第一步反应：RNA 功能的快速调控

该试剂首先通过亲电加成反应与 RNA 的 2'- 羟基共价结合，在 RNA 骨架上引入大体积侧链。这种修饰可直接破坏 RNA 的二级结构稳定性，或阻断 RNA 与蛋白、其他核酸分子的相互作用，从而实现对 RNA 翻译、剪接、定位等功能的快速抑制。这一过程无需额外催化剂，反应条件温和，可在活细胞内高效进行，实现对 RNA 功能的时空可控干预。

2. 第二步反应：触发 m⁶A 甲基化的位点特异性调控

在完成 RNA 功能调控后，研究人员可通过添加特定的生物正交触发剂，诱导试剂上的反应位点发生二次反应。该反应不仅可移除部分侧链基团恢复 RNA 结构，还能在目标腺嘌呤碱基附近引入特定的反应基团，为后续 m⁶A 甲基化酶的识别与修饰提供 “锚定信号”。实验验证显示，该策略可显著提高 METTL3/14 复合物对目标 RNA 的甲基化效率，实现位点特异性的 m⁶A 修饰增强；同时，通过优化触发剂结构，还可实现去甲基化酶的靶向招募，完成修饰的可逆调控。

3. 技术优势与验证

与传统方法相比，该单分子工具具有三大核心优势：一是双调控同步性，可在同一分子上实现 RNA 功能与 m⁶A 修饰的先后调控，无需引入多种工具分子；二是时空可控性，两步反应均为生物正交反应，可通过调控试剂与触发剂的添加时间，实现对 RNA 动态过程的时序解析；三是低脱靶效应，试剂与 RNA 的结合具有碱基选择性，后续反应仅在初始修饰位点附近发生，显著降低了非特异性修饰的概率。

研究团队通过体外转录实验、细胞水平报告基因实验及高通量测序分析，验证了该工具对目标 RNA 的功能抑制效率可达 90% 以上，且 m⁶A 修饰编辑的特异性超过 85%，脱靶修饰水平远低于传统 CRISPR-dCas9 系统。

研究团队利用该工具开展了两项关键生物学验证，证明了其在 RNA 表观转录组研究中的实用性。

1. 解析 m⁶A 修饰与 RNA 翻译的动态关联

以 p53 mRNA 为研究模型，研究人员首先利用试剂抑制 p53 mRNA 的翻译过程，随后通过触发剂诱导其 3'UTR 区域发生 m⁶A 甲基化修饰。实验结果显示，在 RNA 功能抑制阶段，p53 蛋白表达水平显著下降；而在 m⁶A 修饰诱导后，即使移除初始抑制条件，p53 mRNA 的翻译效率仍维持在较低水平。

进一步分析发现，m⁶A 修饰可促进 YTHDF2 蛋白与 p53 mRNA 的结合，加速其降解过程，从而实现对翻译过程的二次调控。这一结果首次在活细胞中直观证明了 m⁶A 修饰对 RNA 翻译的长效抑制效应，区分了结构调控与修饰调控的不同作用机制。

2. 实现活细胞内 RNA 功能的可逆调控

研究团队还探索了该工具的可逆调控潜力。通过调整触发剂的结构，可在诱导 m⁶A 修饰的同时，将 RNA 上的初始侧链基团替换为小分子基团，恢复 RNA 的二级结构。

以荧光标记的 mRNA 为模型，实验结果显示，该可逆调控过程可实现 RNA 功能的 “抑制 - 恢复 - 再抑制” 循环，为研究 RNA 动态调控的生物学过程提供了全新手段。此外，研究还发现该工具可应用于非编码 RNA 的调控，例如通过抑制 lncRNA 的结构功能并同步调控其 m⁶A 修饰水平，解析了 lncRNA 在肿瘤细胞增殖中的双重作用机制。

这项研究的核心贡献在于打破了 RNA 功能调控与 m⁶A 修饰编辑之间的技术壁垒，开发了一种集双调控功能于一体的单分子生物正交化学工具。