PNAS：張青鋒江賜忠袁晶團隊揭示RNA表觀修飾調控瘧疾傳播的新機制

5-甲基胞嘧啶（M5C）是一種重要的表位轉錄修飾，在多種生物過程中參與mRNA的穩定性和翻譯效率。

然而，目前尚不清楚M5C模式化是否參與了瘧原蟲發育週期中轉錄組的動態調節。

近日，同濟大學張青鋒，江賜忠，廈門大學袁晶及美國國立衛生院Thomas Wellems聯合在

PNAS

雜誌上發表了題為“

5-methylcytosine modification byPlasmodium NSUN2 stabilizes mRNA and mediates the development of gametocytes

”的研究論文，

該研究描述了在齧齒動物（約氏瘧原蟲）和人類（惡性瘧原蟲）有性期和無性複製階段M5C mRNA修飾在單核苷酸解析度下的情況。

雖然M5C修飾的mRNAs的不同表達與不同的發育階段有關，但M5C修飾的mRNAs在配子細胞的轉錄本中的丰度顯著增加。

該研究結果表明，

M5C突變賦予了瘧原蟲轉錄本穩定性，而瘧原蟲NSUN2的同源基因是瘧原蟲中主要的M5C甲基轉移酶。

在敲除約氏假單胞菌NSUN2（Pynsun2）後，在一組與配子細胞發生相關的轉錄本中觀察到M5C修飾的顯著減少。這些減少與敲除的齧齒動物瘧疾寄生蟲中配子體的產生受損有關。在敲除瘧原蟲中恢復NSUN2基因可以挽救配子體產生表型和配子體發生相關轉錄本的M5C模式化。總之，該研究結果表明

NSUN2介導的M5C基因修飾在瘧疾寄生蟲的基因轉錄穩定性和性別分化中起著重要作用。

瘧疾是由瘧原蟲屬單細胞頂端複合體原蟲引起的一種蚊媒傳染病。2020年，這些寄生蟲的傳播在全球造成約2.41億人感染和62.7萬人死亡，比2019年瘧疾死亡人數增加12%。

在感染人類的物種中，惡性瘧原蟲是毒性最強的，是造成這些死亡的主要原因。

瘧原蟲有一個複雜的生命週期，在蚊子和脊椎動物宿主之間交替，在單倍體狀態下完成多輪無性繁殖，並在蚊子中腸中的雄配子和雌配子強制交配後經歷短暫的二倍體時期。

在脊椎動物紅細胞內寄生蟲的增殖過程中，異染色質的修飾為抗原性變異基因的主要調節因子

ap2-g

的沉默提供了轉錄抑制的微環境，從而決定了寄生蟲在人類宿主中的適應和發育以及向蚊子的傳播。調控途徑，如核糖核酸酶介導的新生衰退、m6A修飾介導的mRNA穩定性和RNA解旋酶相關的翻譯抑制，為其轉錄後調控提供了其他重要機制。這些發現表明，

瘧原蟲的高度動態轉錄組由一個複雜但組織良好的多層調控網路控制。

雖然DNA甲基化作為一種表觀遺傳現象已被廣泛研究，但最近對mRNA甲基化在調節轉錄組穩定性和表達方面的特徵進行了描述。

現在已知可逆的mRNA修飾參與了真核生物基因表達的轉錄後調節。例如，N6-甲基腺苷（M6A）是最普遍的RNA修飾，在許多真核生物中得到了廣泛的研究，特別是它與各種細胞過程，如細胞分化、胚胎髮育和應激反應的關係。在這些過程中，m6A修飾參與了對mRNA代謝、翻譯、衰退和microRNA生物發生的調節。在瘧疾中，RNA修飾同樣被認為是轉錄後基因表達的重要調節器。

在對惡性瘧原蟲的研究中，發現這些特徵與轉錄級聯的階段特異性微調有關，並暗示廣泛分佈的m6A修飾可能透過影響血液發育階段的mRNA穩定性來形成轉錄組表達。

除m6A外，N1-甲基腺苷（M1A）、M5C、5-羥甲基胞苷（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修飾都可能影響RNA生物學過程，包括核轉錄前剪接、核輸出、轉錄穩定性和翻譯啟動。M5C對mRNA的修飾對膀胱癌、HIV-1感染以及斑馬魚、擬南芥和水稻的發育過程中的各種生物學過程都是重要的，這表明

胞嘧啶甲基化是轉錄水平上的一個強大的調節因子。

在其他研究中，

涉及M5C修飾轉錄本的途徑被發現包括DNA修復和同源重組。

不同物種中的特異性甲基轉移酶，包括人類中的NSUN2，擬南芥中的TRM4B，以及水稻中的OsNSUN2。NSUN2可以透過靶向HDGF3’非翻譯區（UTR）的M5C甲基化位點來推動人類尿路上皮癌的發病。TRM4B透過M5C修飾促進mRNA的穩定性，影響與擬南芥根發育相關的基因轉錄水平。

OsNSUN2突變對水稻光合作用效率的影響。

該研究旨在瞭解

約氏瘧原蟲和惡性瘧原蟲的無性複製形式和配子體中M5C mRNA修飾的總體轉錄組譜和階段特異性動力學。

在這項研究中，該研究結果表明，在這兩個物種的配子細胞中，M5C基因的甲基化水平相對較高。M5C轉錄本的穩定性增強可能在有性發育和傳播過程中發揮重要作用。

兩種惡性瘧原蟲都攜帶NSUN2的同源基因(PyNSUN2；PfNSUN2)，它作為一種甲基轉移酶，在轉錄組的這些M5C修飾中發揮主要作用。

NSUN2 KO系惡性瘧原蟲配子體發生減少及基因互補修復（圖片源自

PNAS

）

總之，這項研究結果表明，

NSUN2介導的M5C基因修飾在瘧疾寄生蟲的基因轉錄穩定性和性別分化中起著重要作用。

論文連結：

https：//www。pnas。org/doi/full/10。1073/pnas。2110713119