PNAS张青锋江赐忠袁晶团队揭示RNA表
5-甲基胞嘧啶(M5C)是一种重要的表位转录修饰，在多种生物过程中参与mRNA的稳定性和翻译效率。然而，目前尚不清楚M5C模式化是否参与了疟原虫发育周期中转录组的动态调节。
近日，同济大学张青锋，江赐忠，厦门大学袁晶及美国国立卫生院ThomasWellems联合在PNAS杂志上发表了题为“5-methylcytosinemodificationbyPlasmodiumNSUN2stabilizesmRNAandmediatesthedevelopmentofgametocytes”的研究论文，该研究描述了在啮齿动物(约氏疟原虫)和人类(恶性疟原虫)有性期和无性复制阶段M5CmRNA修饰在单核苷酸分辨率下的情况。虽然M5C修饰的mRNAs的不同表达与不同的发育阶段有关，但M5C修饰的mRNAs在配子细胞的转录本中的丰度显著增加。
该研究结果表明，M5C突变赋予了疟原虫转录本稳定性，而疟原虫NSUN2的同源基因是疟原虫中主要的M5C甲基转移酶。在敲除约氏假单胞菌NSUN2(Pynsun2)后，在一组与配子细胞发生相关的转录本中观察到M5C修饰的显著减少。这些减少与敲除的啮齿动物疟疾寄生虫中配子体的产生受损有关。在敲除疟原虫中恢复NSUN2基因可以挽救配子体产生表型和配子体发生相关转录本的M5C模式化。总之，该研究结果表明NSUN2介导的M5C基因修饰在疟疾寄生虫的基因转录稳定性和性别分化中起着重要作用。
疟疾是由疟原虫属单细胞顶端复合体原虫引起的一种蚊媒传染病。年，这些寄生虫的传播在全球造成约2.41亿人感染和62.7万人死亡，比年疟疾死亡人数增加12%。在感染人类的物种中，恶性疟原虫是毒性最强的，是造成这些死亡的主要原因。疟原虫有一个复杂的生命周期，在蚊子和脊椎动物宿主之间交替，在单倍体状态下完成多轮无性繁殖，并在蚊子中肠中的雄配子和雌配子强制交配后经历短暂的二倍体时期。
在脊椎动物红细胞内寄生虫的增殖过程中，异染色质的修饰为抗原性变异基因的主要调节因子ap2-g的沉默提供了转录抑制的微环境，从而决定了寄生虫在人类宿主中的适应和发育以及向蚊子的传播。调控途径，如核糖核酸酶介导的新生衰退、m6A修饰介导的mRNA稳定性和RNA解旋酶相关的翻译抑制，为其转录后调控提供了其他重要机制。这些发现表明，疟原虫的高度动态转录组由一个复杂但组织良好的多层调控网络控制。
虽然DNA甲基化作为一种表观遗传现象已被广泛研究，但最近对mRNA甲基化在调节转录组稳定性和表达方面的特征进行了描述。现在已知可逆的mRNA修饰参与了真核生物基因表达的转录后调节。例如，N6-甲基腺苷(M6A)是最普遍的RNA修饰，在许多真核生物中得到了广泛的研究，特别是它与各种细胞过程，如细胞分化、胚胎发育和应激反应的关系。在这些过程中，m6A修饰参与了对mRNA代谢、翻译、衰退和microRNA生物发生的调节。在疟疾中，RNA修饰同样被认为是转录后基因表达的重要调节器。在对恶性疟原虫的研究中，发现这些特征与转录级联的阶段特异性微调有关，并暗示广泛分布的m6A修饰可能通过影响血液发育阶段的mRNA稳定性来形成转录组表达。
除m6A外，N1-甲基腺苷(M1A)、M5C、5-羟甲基胞苷(HM5C)、假尿苷(Ψ)、腺苷-肌苷(I)、胞嘧啶-尿苷(U)以及20位核糖(20-O-Me)的甲基化等RNA修饰都可能影响RNA生物学过程，包括核转录前剪接、核输出、转录稳定性和翻译启动。M5C对mRNA的修饰对膀胱癌、HIV-1感染以及斑马鱼、拟南芥和水稻的发育过程中的各种生物学过程都是重要的，这表明胞嘧啶甲基化是转录水平上的一个强大的调节因子。
在其他研究中，涉及M5C修饰转录本的途径被发现包括DNA修复和同源重组。不同物种中的特异性甲基转移酶，包括人类中的NSUN2，拟南芥中的TRM4B，以及水稻中的OsNSUN2。NSUN2可以通过靶向HDGF3’非翻译区(UTR)的M5C甲基化位点来推动人类尿路上皮癌的发病。TRM4B通过M5C修饰促进mRNA的稳定性，影响与拟南芥根发育相关的基因转录水平。OsNSUN2突变对水稻光合作用效率的影响。
该研究旨在了解约氏疟原虫和恶性疟原虫的无性复制形式和配子体中M5CmRNA修饰的总体转录组谱和阶段特异性动力学。在这项研究中，该研究结果表明，在这两个物种的配子细胞中，M5C基因的甲基化水平相对较高。M5C转录本的稳定性增强可能在有性发育和传播过程中发挥重要作用。两种恶性疟原虫都携带NSUN2的同源基因(PyNSUN2；PfNSUN2)，它作为一种甲基转移酶，在转录组的这些M5C修饰中发挥主要作用。
NSUN2KO系恶性疟原虫配子体发生减少及基因互补修复(图片源自PNAS)
总之，这项研究结果表明，NSUN2介导的M5C基因修饰在疟疾寄生虫的基因转录稳定性和性别分化中起着重要作用。
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