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Cell Discov：华中农业大学殷平/湖北大学吴姗合作揭示MTA1复合物对DNA N6-腺嘌呤甲基化的结构

2023-01-22 iNature iNature 发表于上海

N6-甲基脱氧腺嘌呤MTA1复合物
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N6-甲基脱氧腺嘌呤（6mA）最近被报道为真核生物中普遍存在的DNA修饰。

N6-甲基脱氧腺嘌呤（6mA）最近被报道为真核生物中普遍存在的DNA修饰。嗜热四膜虫MTA1复合物由四个亚基组成，即MTA1，MTA9，p1和p2，是第一个鉴定的真核6mA甲基转移酶（MTase）复合物。与已经在生化和结构上表征的原核6mA MTase不同，MTA1复合物的操作模式在很大程度上仍然难以捉摸。

2023年1月20日，华中农业大学殷平及湖北大学吴姗共同通讯在Cell Discovery在线发表题为“Structural insights into DNA N6-adenine methylation by the MTA1 complex”的研究论文，该研究进行了MTA1复合物对DNA N6-腺嘌呤甲基化的结构解析。该研究报道了S-腺苷蛋氨酸(SAM)结合态(2.6 Å)和S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)结合态(2.8 Å)四元MTA1复合物的冷冻电镜结构。

使用基于AlphaFold预测和化学交联质谱的人工智能集成方法，该研究进一步模拟了四元复合物近乎完整的结构。结合生物化学表征，该研究发现MTA1作为催化核心，MTA1, MTA9和p1可能容纳底物DNA， p2可能促进MTA1的稳定。这些结果共同为MTA1复合物甲基化的分子机制和N6-腺嘌呤甲基化的MTase的潜在多样化提供了见解。

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一般来说，DNA和RNA的化学修饰，特别是甲基化，在调节生物体的各种生物过程中起着关键作用。最常见和研究最充分的核苷酸甲基化是DNA C5-胞嘧啶甲基化(5mC)和RNA N6-腺苷甲基化(m6A)，分别介导甲基安装、去除和识别的“书写者”(甲基转移酶，MTases)、“擦除者”(去甲基酶)和“阅读者”(甲基结合蛋白)已被很好地表征。除了5mC和m6A，在原核生物和真核生物中发现的另一种普遍的甲基化类型是N6-甲基脱氧腺嘌呤(6mA) 。6mA最初被发现在原核生物基因组中大量存在，被用作病毒防御、细胞周期控制和宿主-病原体相互作用的通用信号。
 
据报道，6mA水平(6mA/A)在一些单细胞真核生物中较高，而多细胞真核生物中是否存在6mA仍有争议。6mA在DNA上的安装由6mA MTases介导。到目前为止，已有几种原核6mA MTases被鉴定并进行了结构表征，包括M.TaqI, Dam和CcrM。在真核生物中，基于生物信息学分析已经预测了一些6mA MTases；然而，这些候选基因的MTase活性还需要进一步的生化验证。
 
第一个经过实验验证的真核6mA MTase复合物是在纤毛状嗜热四膜虫中鉴定的MTA1复合物。MTA1复合物介导的6mA修饰直接影响体外核小体沉积，MTA1复合物的破坏严重影响嗜热四膜虫基因表达、细胞生长和性发育。MTA1复合物由四个蛋白亚基组成，分别是MTA1、MTA9、p1和p2。MTA1和MTA9都含有广泛参与真核RNA m6A修饰的MT-A70结构域，但只有MTA1含有保守的催化DPPW基序，这让人联想到异二聚体RNA m6A MTase亚基METTL3和METTL14。
 
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辅因子底物结合MTA1复合物的整体结构（图源自Cell Discovery ）
 
MTA1和MTA9都没有核酸结合结构域，而p1和p2这两个类似同源盒子的DNA结合蛋白是MTA1复合体的MTase活性所必需的。有趣的是，虽然MTA1复合物的四个亚基在纤毛虫、绿藻和基础真菌中是保守的，但MTA1和MTA9在系统发育上与所有其他先前确定的m6A和6mA MTases不同。另外两个亚基p1和p2在脊椎动物中没有功能同源体。虽然MTA1、MTA1/ MTA9二元配合物和MTA1- p1- p2三元配合物的晶体结构刚刚报道，但四元配合物的整体结构尚不清楚。
 
在本研究中分别在S-腺苷蛋氨酸(SAM)和S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)存在下测定了MTA1复合物的冷冻电子显微镜(cryo-EM)结构。结构和生化数据表明MTA1是SAM/SAH的催化核心；MTA9和p1可能促进MTA1复合物的DNA结合。作者的结果还表明p2稳定了MTA1，并帮助它结合甲基供体SAM。另外，该研究在MTA1复合物中发现的p1和p2结构与新报道的m6A writer调控复合物的结构有很大不同。这进一步表明了真核MTA1酶复合物的多样化。研究人员认为，未来这两种复合物及其底物核酸的结构确定将有助于人们充分理解真核生物DNA和RNA上N6-腺嘌呤甲基化的分子决定因素。
 
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41421-022-00516-w

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