Sapphire激光掃描成像系統(tǒng)助力解析泛表觀轉(zhuǎn)錄組調(diào)控的新范式
表觀轉(zhuǎn)錄組學(xué)中，N⁶-甲基腺苷（m⁶A ）作為mRNA最豐富的內(nèi)部修飾，其核心功能是調(diào)控mRNA 降解，而tRNA的化學(xué)修飾（如mcm⁵s²U ）則主要參與翻譯效率調(diào)控。長(zhǎng)期以來(lái)，這兩種RNA修飾系統(tǒng)被認(rèn)為是獨(dú)立發(fā)揮作用，尚未明確二者是否存在直接的功能交聯(lián)。
當(dāng)前領(lǐng)域存在三大關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：一是m⁶A 在mRNA不同區(qū)域（CDS 、3'UTR 等）的功能是否存在差異；二是m⁶A 介導(dǎo)mRNA降解的分子機(jī)制是否完全依賴 YTH 家族讀取蛋白；三是tRNA 修飾是否參與mRNA穩(wěn)定性調(diào)控，及其與 m⁶A 通路的相互作用模式。本研究針對(duì)這些問(wèn)題展開(kāi)系統(tǒng)探究，為理解 RNA 修飾網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同調(diào)控作用提供了全新視角。
1 m⁶A 的位置特異性功能：CDS 區(qū)域是mRNA 降解的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)區(qū)
研究通過(guò) miCLIP 技術(shù)繪制單核苷酸分辨率的 m⁶A 圖譜，發(fā)現(xiàn) m⁶A 的功能具有嚴(yán)格的位置依賴性：
• 僅 3'UTR 含 m⁶A 的 mRNA 降解速率與無(wú) m⁶A 的 mRNA 無(wú)顯著差異，甚至更穩(wěn)定；
• CDS 區(qū)域含 m⁶A 的 mRNA 降解速率顯著升高，且這一現(xiàn)象在人類 HEK293T 細(xì)胞和小鼠胚胎干細(xì)胞（mESCs）中高度保守；
• 報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)證實(shí)，CDS 中的 m⁶A 可直接觸發(fā) mRNA 快速周轉(zhuǎn)，而 METTL3 抑制劑 STM2457 可阻斷這一效應(yīng)，驗(yàn)證了 m⁶A 的因果作用。
圖1A：HEK293T 細(xì)胞中 miCLIP 衍生 m⁶A 位點(diǎn)在轉(zhuǎn)錄區(qū)的分布直方圖，清晰展示 m⁶A 在 CDS、3'UTR 等區(qū)域的分布比例；
圖 1B：人類和小鼠細(xì)胞中不同 m⁶A 定位的 mRNA 降解速率對(duì)比，綠色組（僅 CDS 含 m⁶A）降解速率顯著高于其他組（灰色：無(wú) m⁶A；紫色：僅 3'UTR 含 m⁶A；綠 / 紫條紋：CDS 和 3'UTR 均含 m⁶A），Wilcoxon 檢驗(yàn)顯示 ****p≤0.0001；
圖 1C：不同半衰期 mRNA 的 m⁶A 元基因分布，短壽命 mRNA（紅色）的 CDS 區(qū) m⁶A 含量顯著高于長(zhǎng)壽命 mRNA（藍(lán)色）；
圖 1D：報(bào)告基因構(gòu)建示意圖，明確 DRACH 基序盒在 CDS 或 3'UTR 的插入設(shè)計(jì)，及 DRAGH 突變對(duì)照組的構(gòu)建；
圖 1E：放線菌素 D（左）或雷公藤甲素（右）阻斷轉(zhuǎn)錄后，不同報(bào)告基因的降解曲線，CDS 含 m⁶A 的報(bào)告基因（綠色）半衰期最短（2.3h）；
圖 1F：STM2457 處理對(duì)報(bào)告基因穩(wěn)定性的影響，CDS m⁶A 報(bào)告基因經(jīng)處理后半衰期從 2.3h 延長(zhǎng)至 5.9h，接近無(wú) m⁶A 對(duì)照組（6.0h）。
2 m⁶A 介導(dǎo) mRNA 降解的翻譯依賴性機(jī)制
通過(guò)翻譯抑制劑（環(huán)己酰亞胺、吐根堿）處理和核糖體圖譜分析，揭示了 m⁶A 調(diào)控 mRNA 降解的核心機(jī)制：
• m⁶A 修飾會(huì)降低 CDS 區(qū)域密碼子的解碼效率，使這些密碼子成為 “非優(yōu)化密碼子”；
• 非優(yōu)化密碼子導(dǎo)致核糖體延伸停滯，進(jìn)而引發(fā)核糖體碰撞，招募 CCR4-NOT 脫腺苷酶復(fù)合物啟動(dòng) mRNA 降解；
• 這一過(guò)程不依賴 YTH 家族讀取蛋白，而是通過(guò)核糖體翻譯過(guò)程直接介導(dǎo)，解釋了 mRNA 如何避免翻譯前過(guò)早降解的關(guān)鍵問(wèn)題。
圖 2A：吐根堿處理對(duì)不同報(bào)告基因穩(wěn)定性的影響，CDS m⁶A 報(bào)告基因（中間）經(jīng)處理后穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，半衰期從 2.3h 延長(zhǎng)至 3.4h；
圖 2B：mESCs 中不同 m⁶A 定位 mRNA 在 mock、吐根堿處理及 Mettl14 KO 細(xì)胞中的降解曲線，吐根堿處理后 CDS 含 m⁶A 的 mRNA 降解速率與無(wú) m⁶A 組趨于一致；
圖 2C：m⁶A 水平與吐根堿誘導(dǎo)的 mRNA 穩(wěn)定化程度的相關(guān)性分析，高 m⁶A 組（紅色）的半衰期 log2 倍變化顯著高于低 m⁶A 組（藍(lán)色），表明穩(wěn)定化效應(yīng)依賴 m⁶A 水平。
3 m⁶A 在體內(nèi)損害解碼效率：密碼子特異性效應(yīng)
核糖體圖譜分析顯示，m⁶A 對(duì)密碼子的解碼抑制具有顯著的密碼子特異性：
• METTL3 可修飾 9 種有義密碼子，但僅 8 種在 m⁶A 修飾后核糖體占有率升高，解碼效率下降；
• 強(qiáng)密碼子（如 GGA，含兩個(gè) G-C 堿基對(duì)）受 m⁶A 影響極小，而中等強(qiáng)度密碼子（如 GAA、AGA，僅含一個(gè) G-C 堿基對(duì)）對(duì) m⁶A 高度敏感，修飾后核糖體停滯明顯；
• m⁶A 修飾與密碼子占有率呈顯著正相關(guān)（R²=0.66），且這一相關(guān)性可被 STM2457 處理完全阻斷。
圖 3A：不同 DRACH motif 狀態(tài)的密碼子核糖體 A 位點(diǎn)覆蓋率對(duì)比，m⁶A 修飾組（紅色）占有率最高，STM2457 處理后降至基線水平（與藍(lán)色組：非 DRACH motif 密碼子無(wú)顯著差異）；
圖 3B：m⁶A 化學(xué)計(jì)量與核糖體占有率的線性擬合，未處理組斜率 m=2.93（R²=0.66），STM2457 處理組斜率 m=0.14（R²<0.01）；
圖 3C：m⁶A 修飾密碼子在核糖體 A 位點(diǎn)的示意圖，及 DRACH motif 形成的密碼子按 m⁶A 修飾位置的分組（第一位：紅色；第二位：綠色；第三位：藍(lán)色）；
圖 3D：9 種 DRACH 有義密碼子的核糖體 A 位點(diǎn)覆蓋率，按密碼子 - 反密碼子相互作用強(qiáng)度分組，強(qiáng)密碼子（如 GGA）受 m⁶A 影響極小，中等強(qiáng)度密碼子（如 GAA、AGA）影響顯著；
圖 3E：不同強(qiáng)度密碼子在 mock 和 STM2457 處理后的核糖體占有率對(duì)比，中等強(qiáng)度密碼子的 m⁶A 依賴性占有率升高在 STM2457 處理后完全逆轉(zhuǎn)。
4 tRNA 修飾 mcm⁵s²U 的調(diào)控作用：抵消 m⁶A 的去優(yōu)化效應(yīng)物
研究首次發(fā)現(xiàn) tRNA 反密碼子環(huán)的 mcm⁵s²U 修飾與 mRNA 的 m⁶A 修飾存在功能性相互作用：
• mcm⁵s²U 可增強(qiáng)核糖體對(duì) m⁶A 修飾密碼子的解碼效率，緩解核糖體停滯和碰撞，從而穩(wěn)定 mRNA；
• 敲除 mcm⁵s²U 生物合成關(guān)鍵因子（ELP1、CTU2）后，m⁶A 修飾 mRNA 的降解速率顯著加快，且核糖體碰撞現(xiàn)象加��；
• 密碼子特異性分析顯示，mcm⁵s²U 主要調(diào)控含單個(gè) G-C 堿基對(duì)的中等強(qiáng)度密碼子（如 AGA、GAA），對(duì)強(qiáng)密碼子（如 GGA）無(wú)顯著影響，效應(yīng)強(qiáng)度由密碼子 - 反密碼子相互作用強(qiáng)度決定。
圖 4A：不同 m⁶A 位置的密碼子核糖體 A 位點(diǎn)覆蓋率，擺動(dòng)位置（第三位）m⁶A 組（上圖）的停滯效應(yīng)比前兩位 m⁶A 組（下圖）更顯著；
圖 4B：m⁶A 修飾 AGA 密碼子與 tRNA^(Arg) 反密碼子 mcm⁵s²U 的配對(duì)示意圖，及擺動(dòng)位置含 m⁶A 的密碼子與 mcm⁵s²U 修飾 tRNA 解碼密碼子的重疊分析（AAA、AGA、GAA）；
圖 4C：WT、ELP1 KO、CTU2 KO 細(xì)胞中 AAA/AGA/GAA 密碼子的核糖體占有率與 m⁶A 化學(xué)計(jì)量的相關(guān)性，KO 組斜率（m=6.0/3.09）顯著高于 WT 組（m=1.89），表明 mcm⁵s²U 缺失增強(qiáng) m⁶A 的解碼抑制效應(yīng)；
圖 4D：碰撞核糖體示意圖，前導(dǎo)核糖體 A 位點(diǎn)含 m⁶A 導(dǎo)致延伸停滯，后續(xù)核糖體無(wú)法前進(jìn)形成碰撞；
圖 4E：AGA 密碼子的核糖體碰撞圖譜，m⁶A 修飾組（上圖）碰撞信號(hào)顯著強(qiáng)于未修飾組（下圖），ELP1 KO/CTU2 KO 細(xì)胞中碰撞信號(hào)進(jìn)一步增強(qiáng)，STM2457 處理后減弱。
5 mcm⁵s²U/m⁶A 系統(tǒng)調(diào)控致癌通路并作為泛癌生物標(biāo)志物
• 功能富集分析表明，該調(diào)控系統(tǒng)優(yōu)先靶向致癌信號(hào)通路 mRNA（如 NOTCH、NF-κB 通路），mcm⁵s²U 通過(guò)穩(wěn)定這些 mRNA 的表達(dá)，為癌細(xì)胞增殖和侵襲提供動(dòng)力；
• 臨床樣本分析顯示，腫瘤組織中 mcm⁵s²U 生物合成因子的表達(dá)顯著高于 m⁶A 相關(guān)因子，這種表達(dá)失衡與腫瘤侵襲性增強(qiáng)、患者預(yù)后不良密切相關(guān)；
• 該系統(tǒng)可作為泛癌生物標(biāo)志物，在乳腺癌、肺癌、結(jié)直腸癌等多種癌癥中，mcm⁵s²U/m⁶A 平衡指數(shù)能有效分層患者生存風(fēng)險(xiǎn)。
圖 5A：AGA 報(bào)告基因在不同細(xì)胞系及 STM2457 處理后的降解曲線，ELP1 KO/CTU2 KO 細(xì)胞中報(bào)告基因半衰期顯著短于 WT，STM2457 處理后恢復(fù)穩(wěn)定；
圖 5B：GGA 報(bào)告基因的降解對(duì)比，僅 ELP1 KO 細(xì)胞中降解加速（GGA 解碼依賴 mcm⁵U 而非 mcm⁵s²U），CTU2 KO 無(wú)顯著影響；
圖 5C：WT、ELP1 KO、CTU2 KO 細(xì)胞中 STM2457 處理后的轉(zhuǎn)錄組重塑分析，CDS m⁶A 水平與表達(dá)上調(diào)幅度正相關(guān)，KO 組上調(diào)效應(yīng)更顯著；
圖 5D：癌癥特征基因集按 m⁶A 水平、半衰期和外顯子長(zhǎng)度的分布，代謝通路基因（管家功能）mRNA 穩(wěn)定且 m⁶A 含量低，信號(hào)通路基因（致癌相關(guān)）mRNA 不穩(wěn)定且 m⁶A 含量高；
圖 5E：腫瘤與正常組織中 mcm⁵s²U/m⁶A 平衡偏移示意圖，腫瘤組織中 mcm⁵s²U 水平相對(duì)升高；
圖 5F：METABRIC 隊(duì)列中 m⁶A 和 mcm⁵s²U 生物合成因子的單變量 Cox 風(fēng)險(xiǎn)分析，mcm⁵s²U 因子（如 ELP1、CTU2）與高風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，m⁶A 因子（如 METTL3、METTL14）與低風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)；
圖 5G：基于該系統(tǒng)的基因表達(dá)特征對(duì) METABRIC 隊(duì)列患者的生存分層，高 mcm⁵s²U 組（藍(lán)色）5 年生存率顯著低于低 mcm⁵s²U 組（黃色），log-rank 檢驗(yàn) p<0.0001
6 mRNA 與 tRNA 修飾相互作用的泛表觀轉(zhuǎn)錄組圖景
研究還發(fā)現(xiàn)了其他 RNA 修飾組合的相互作用，如含鳥嘌呤（Q）的 tRNA 對(duì) AAC/GAC 密碼子的解碼依賴 m⁶A，進(jìn)一步證實(shí)了泛表觀轉(zhuǎn)錄組相互作用的復(fù)雜性。
圖 6A：m⁶A 和 mcm⁵s²U 影響解碼速度及核糖體碰撞的示意圖，mcm⁵s²U 缺失（藍(lán)色空心圓）會(huì)增強(qiáng) m⁶A 誘導(dǎo)的核糖體停滯和碰撞；
圖 6B：tRNA 反密碼子 34 位 Q 修飾示意圖，及含 Q 的 tRNA 解碼密碼子與 m⁶A 修飾密碼子（AAC、GAC）的重疊；
圖 6C：WT、QTRT1 KO、QTRT2 KO 細(xì)胞中 AAC/GAC 密碼子的 A 位點(diǎn)占有率與 m⁶A 化學(xué)計(jì)量的相關(guān)性，QTRT1 KO/QTRT2 KO 組斜率（m=2.99/3.06）顯著高于 WT 組（m=0.95/0.77），表明 Q 修飾與 m⁶A 協(xié)同調(diào)控解碼效率。
7 總結(jié)
本研究通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和多組學(xué)分析，揭示了 tRNA 修飾 mcm⁵s²U 與 mRNA 修飾 m⁶A 之間的功能性相互作用，建立了 “m⁶A（CDS 區(qū)域）- 核糖體碰撞 - mRNA 降解” 的調(diào)控通路，以及 mcm⁵s²U 對(duì)該通路的拮抗機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)不僅豐富了表觀轉(zhuǎn)錄組學(xué)的理論體系，還為癌癥的診斷和治療提供了新的生物標(biāo)志物和靶點(diǎn)，具有重要的科學(xué)意義和臨床應(yīng)用前景。
本文中的Western Blot數(shù)據(jù)為我公司的 Sapphire 激光掃描成像系統(tǒng)所采集。
詳見(jiàn)下圖中的G圖：
原文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00415-5?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867425004155%3Fshowall%3Dtrue
創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)性能， Azure Biosystems全新推出的Sapphire FL，是繼革新專利產(chǎn)品Sapphire激光掃描成像系統(tǒng)后的又一力作，是從分子檢測(cè)到活體成像，應(yīng)用靈活的終極激光掃描成像系統(tǒng)。Sapphire FL具有定制化的、用戶可自主更換的超多光學(xué)模塊，5-1000μm的掃描分辨率，-1.0 至+6 mm的Z軸掃描功能，用于活體成像的5個(gè)麻醉輸出端口等，可輕松滿足客戶多樣化、深入的科研需求，成就非凡生物成像體驗(yàn)！
關(guān)于我們
Azure Biosystems成立于2013年，總部位于美國(guó)加州灣區(qū)，是一家致力于生命科學(xué)領(lǐng)域先進(jìn)生物成像系統(tǒng)研發(fā)、制造、推廣及服務(wù)一體的創(chuàng)新型公司。擁有分子成像領(lǐng)近30余年經(jīng)驗(yàn)的卓越團(tuán)隊(duì)。目前，公司擁有多功能分子成像系統(tǒng)，激光掃描成像系統(tǒng)，實(shí)時(shí)熒光定量PCR及配套試劑耗材等多條產(chǎn)品線。
公司成像設(shè)備全球裝機(jī)＞5000臺(tái)，用戶數(shù)量＞30000，包括美國(guó)最高科研機(jī)構(gòu)NIH、梅約診所、哈佛大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)、諾華制藥等知名科研院所、醫(yī)院及生物醫(yī)藥企業(yè)等。截至目前，已發(fā)表大量文章，發(fā)表刊物包括Cell、Science、Nature三大期刊及子刊、JBC、JMC等國(guó)際著名期刊雜志。
當(dāng)前領(lǐng)域存在三大關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：一是m⁶A 在mRNA不同區(qū)域（CDS 、3'UTR 等）的功能是否存在差異；二是m⁶A 介導(dǎo)mRNA降解的分子機(jī)制是否完全依賴 YTH 家族讀取蛋白；三是tRNA 修飾是否參與mRNA穩(wěn)定性調(diào)控，及其與 m⁶A 通路的相互作用模式。本研究針對(duì)這些問(wèn)題展開(kāi)系統(tǒng)探究，為理解 RNA 修飾網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同調(diào)控作用提供了全新視角。
1 m⁶A 的位置特異性功能：CDS 區(qū)域是mRNA 降解的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)區(qū)
研究通過(guò) miCLIP 技術(shù)繪制單核苷酸分辨率的 m⁶A 圖譜，發(fā)現(xiàn) m⁶A 的功能具有嚴(yán)格的位置依賴性：
• 僅 3'UTR 含 m⁶A 的 mRNA 降解速率與無(wú) m⁶A 的 mRNA 無(wú)顯著差異，甚至更穩(wěn)定；
• CDS 區(qū)域含 m⁶A 的 mRNA 降解速率顯著升高，且這一現(xiàn)象在人類 HEK293T 細(xì)胞和小鼠胚胎干細(xì)胞（mESCs）中高度保守；
• 報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)證實(shí)，CDS 中的 m⁶A 可直接觸發(fā) mRNA 快速周轉(zhuǎn)，而 METTL3 抑制劑 STM2457 可阻斷這一效應(yīng)，驗(yàn)證了 m⁶A 的因果作用。
圖1A：HEK293T 細(xì)胞中 miCLIP 衍生 m⁶A 位點(diǎn)在轉(zhuǎn)錄區(qū)的分布直方圖，清晰展示 m⁶A 在 CDS、3'UTR 等區(qū)域的分布比例；
圖 1B：人類和小鼠細(xì)胞中不同 m⁶A 定位的 mRNA 降解速率對(duì)比，綠色組（僅 CDS 含 m⁶A）降解速率顯著高于其他組（灰色：無(wú) m⁶A；紫色：僅 3'UTR 含 m⁶A；綠 / 紫條紋：CDS 和 3'UTR 均含 m⁶A），Wilcoxon 檢驗(yàn)顯示 ****p≤0.0001；
圖 1C：不同半衰期 mRNA 的 m⁶A 元基因分布，短壽命 mRNA（紅色）的 CDS 區(qū) m⁶A 含量顯著高于長(zhǎng)壽命 mRNA（藍(lán)色）；
圖 1D：報(bào)告基因構(gòu)建示意圖，明確 DRACH 基序盒在 CDS 或 3'UTR 的插入設(shè)計(jì)，及 DRAGH 突變對(duì)照組的構(gòu)建；
圖 1E：放線菌素 D（左）或雷公藤甲素（右）阻斷轉(zhuǎn)錄后，不同報(bào)告基因的降解曲線，CDS 含 m⁶A 的報(bào)告基因（綠色）半衰期最短（2.3h）；
圖 1F：STM2457 處理對(duì)報(bào)告基因穩(wěn)定性的影響，CDS m⁶A 報(bào)告基因經(jīng)處理后半衰期從 2.3h 延長(zhǎng)至 5.9h，接近無(wú) m⁶A 對(duì)照組（6.0h）。
2 m⁶A 介導(dǎo) mRNA 降解的翻譯依賴性機(jī)制
通過(guò)翻譯抑制劑（環(huán)己酰亞胺、吐根堿）處理和核糖體圖譜分析，揭示了 m⁶A 調(diào)控 mRNA 降解的核心機(jī)制：
• m⁶A 修飾會(huì)降低 CDS 區(qū)域密碼子的解碼效率，使這些密碼子成為 “非優(yōu)化密碼子”；
• 非優(yōu)化密碼子導(dǎo)致核糖體延伸停滯，進(jìn)而引發(fā)核糖體碰撞，招募 CCR4-NOT 脫腺苷酶復(fù)合物啟動(dòng) mRNA 降解；
• 這一過(guò)程不依賴 YTH 家族讀取蛋白，而是通過(guò)核糖體翻譯過(guò)程直接介導(dǎo)，解釋了 mRNA 如何避免翻譯前過(guò)早降解的關(guān)鍵問(wèn)題。
圖 2A：吐根堿處理對(duì)不同報(bào)告基因穩(wěn)定性的影響，CDS m⁶A 報(bào)告基因（中間）經(jīng)處理后穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，半衰期從 2.3h 延長(zhǎng)至 3.4h；
圖 2B：mESCs 中不同 m⁶A 定位 mRNA 在 mock、吐根堿處理及 Mettl14 KO 細(xì)胞中的降解曲線，吐根堿處理后 CDS 含 m⁶A 的 mRNA 降解速率與無(wú) m⁶A 組趨于一致；
圖 2C：m⁶A 水平與吐根堿誘導(dǎo)的 mRNA 穩(wěn)定化程度的相關(guān)性分析，高 m⁶A 組（紅色）的半衰期 log2 倍變化顯著高于低 m⁶A 組（藍(lán)色），表明穩(wěn)定化效應(yīng)依賴 m⁶A 水平。
3 m⁶A 在體內(nèi)損害解碼效率：密碼子特異性效應(yīng)
核糖體圖譜分析顯示，m⁶A 對(duì)密碼子的解碼抑制具有顯著的密碼子特異性：
• METTL3 可修飾 9 種有義密碼子，但僅 8 種在 m⁶A 修飾后核糖體占有率升高，解碼效率下降；
• 強(qiáng)密碼子（如 GGA，含兩個(gè) G-C 堿基對(duì)）受 m⁶A 影響極小，而中等強(qiáng)度密碼子（如 GAA、AGA，僅含一個(gè) G-C 堿基對(duì)）對(duì) m⁶A 高度敏感，修飾后核糖體停滯明顯；
• m⁶A 修飾與密碼子占有率呈顯著正相關(guān)（R²=0.66），且這一相關(guān)性可被 STM2457 處理完全阻斷。
圖 3A：不同 DRACH motif 狀態(tài)的密碼子核糖體 A 位點(diǎn)覆蓋率對(duì)比，m⁶A 修飾組（紅色）占有率最高，STM2457 處理后降至基線水平（與藍(lán)色組：非 DRACH motif 密碼子無(wú)顯著差異）；
圖 3B：m⁶A 化學(xué)計(jì)量與核糖體占有率的線性擬合，未處理組斜率 m=2.93（R²=0.66），STM2457 處理組斜率 m=0.14（R²<0.01）；
圖 3C：m⁶A 修飾密碼子在核糖體 A 位點(diǎn)的示意圖，及 DRACH motif 形成的密碼子按 m⁶A 修飾位置的分組（第一位：紅色；第二位：綠色；第三位：藍(lán)色）；
圖 3D：9 種 DRACH 有義密碼子的核糖體 A 位點(diǎn)覆蓋率，按密碼子 - 反密碼子相互作用強(qiáng)度分組，強(qiáng)密碼子（如 GGA）受 m⁶A 影響極小，中等強(qiáng)度密碼子（如 GAA、AGA）影響顯著；
圖 3E：不同強(qiáng)度密碼子在 mock 和 STM2457 處理后的核糖體占有率對(duì)比，中等強(qiáng)度密碼子的 m⁶A 依賴性占有率升高在 STM2457 處理后完全逆轉(zhuǎn)。
4 tRNA 修飾 mcm⁵s²U 的調(diào)控作用：抵消 m⁶A 的去優(yōu)化效應(yīng)物
研究首次發(fā)現(xiàn) tRNA 反密碼子環(huán)的 mcm⁵s²U 修飾與 mRNA 的 m⁶A 修飾存在功能性相互作用：
• mcm⁵s²U 可增強(qiáng)核糖體對(duì) m⁶A 修飾密碼子的解碼效率，緩解核糖體停滯和碰撞，從而穩(wěn)定 mRNA；
• 敲除 mcm⁵s²U 生物合成關(guān)鍵因子（ELP1、CTU2）后，m⁶A 修飾 mRNA 的降解速率顯著加快，且核糖體碰撞現(xiàn)象加��；
• 密碼子特異性分析顯示，mcm⁵s²U 主要調(diào)控含單個(gè) G-C 堿基對(duì)的中等強(qiáng)度密碼子（如 AGA、GAA），對(duì)強(qiáng)密碼子（如 GGA）無(wú)顯著影響，效應(yīng)強(qiáng)度由密碼子 - 反密碼子相互作用強(qiáng)度決定。
圖 4A：不同 m⁶A 位置的密碼子核糖體 A 位點(diǎn)覆蓋率，擺動(dòng)位置（第三位）m⁶A 組（上圖）的停滯效應(yīng)比前兩位 m⁶A 組（下圖）更顯著；
圖 4B：m⁶A 修飾 AGA 密碼子與 tRNA^(Arg) 反密碼子 mcm⁵s²U 的配對(duì)示意圖，及擺動(dòng)位置含 m⁶A 的密碼子與 mcm⁵s²U 修飾 tRNA 解碼密碼子的重疊分析（AAA、AGA、GAA）；
圖 4C：WT、ELP1 KO、CTU2 KO 細(xì)胞中 AAA/AGA/GAA 密碼子的核糖體占有率與 m⁶A 化學(xué)計(jì)量的相關(guān)性，KO 組斜率（m=6.0/3.09）顯著高于 WT 組（m=1.89），表明 mcm⁵s²U 缺失增強(qiáng) m⁶A 的解碼抑制效應(yīng)；
圖 4D：碰撞核糖體示意圖，前導(dǎo)核糖體 A 位點(diǎn)含 m⁶A 導(dǎo)致延伸停滯，后續(xù)核糖體無(wú)法前進(jìn)形成碰撞；
圖 4E：AGA 密碼子的核糖體碰撞圖譜，m⁶A 修飾組（上圖）碰撞信號(hào)顯著強(qiáng)于未修飾組（下圖），ELP1 KO/CTU2 KO 細(xì)胞中碰撞信號(hào)進(jìn)一步增強(qiáng)，STM2457 處理后減弱。
5 mcm⁵s²U/m⁶A 系統(tǒng)調(diào)控致癌通路并作為泛癌生物標(biāo)志物
• 功能富集分析表明，該調(diào)控系統(tǒng)優(yōu)先靶向致癌信號(hào)通路 mRNA（如 NOTCH、NF-κB 通路），mcm⁵s²U 通過(guò)穩(wěn)定這些 mRNA 的表達(dá)，為癌細(xì)胞增殖和侵襲提供動(dòng)力；
• 臨床樣本分析顯示，腫瘤組織中 mcm⁵s²U 生物合成因子的表達(dá)顯著高于 m⁶A 相關(guān)因子，這種表達(dá)失衡與腫瘤侵襲性增強(qiáng)、患者預(yù)后不良密切相關(guān)；
• 該系統(tǒng)可作為泛癌生物標(biāo)志物，在乳腺癌、肺癌、結(jié)直腸癌等多種癌癥中，mcm⁵s²U/m⁶A 平衡指數(shù)能有效分層患者生存風(fēng)險(xiǎn)。
圖 5A：AGA 報(bào)告基因在不同細(xì)胞系及 STM2457 處理后的降解曲線，ELP1 KO/CTU2 KO 細(xì)胞中報(bào)告基因半衰期顯著短于 WT，STM2457 處理后恢復(fù)穩(wěn)定；
圖 5B：GGA 報(bào)告基因的降解對(duì)比，僅 ELP1 KO 細(xì)胞中降解加速（GGA 解碼依賴 mcm⁵U 而非 mcm⁵s²U），CTU2 KO 無(wú)顯著影響；
圖 5C：WT、ELP1 KO、CTU2 KO 細(xì)胞中 STM2457 處理后的轉(zhuǎn)錄組重塑分析，CDS m⁶A 水平與表達(dá)上調(diào)幅度正相關(guān)，KO 組上調(diào)效應(yīng)更顯著；
圖 5D：癌癥特征基因集按 m⁶A 水平、半衰期和外顯子長(zhǎng)度的分布，代謝通路基因（管家功能）mRNA 穩(wěn)定且 m⁶A 含量低，信號(hào)通路基因（致癌相關(guān)）mRNA 不穩(wěn)定且 m⁶A 含量高；
圖 5E：腫瘤與正常組織中 mcm⁵s²U/m⁶A 平衡偏移示意圖，腫瘤組織中 mcm⁵s²U 水平相對(duì)升高；
圖 5F：METABRIC 隊(duì)列中 m⁶A 和 mcm⁵s²U 生物合成因子的單變量 Cox 風(fēng)險(xiǎn)分析，mcm⁵s²U 因子（如 ELP1、CTU2）與高風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，m⁶A 因子（如 METTL3、METTL14）與低風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)；
圖 5G：基于該系統(tǒng)的基因表達(dá)特征對(duì) METABRIC 隊(duì)列患者的生存分層，高 mcm⁵s²U 組（藍(lán)色）5 年生存率顯著低于低 mcm⁵s²U 組（黃色），log-rank 檢驗(yàn) p<0.0001
6 mRNA 與 tRNA 修飾相互作用的泛表觀轉(zhuǎn)錄組圖景
研究還發(fā)現(xiàn)了其他 RNA 修飾組合的相互作用，如含鳥嘌呤（Q）的 tRNA 對(duì) AAC/GAC 密碼子的解碼依賴 m⁶A，進(jìn)一步證實(shí)了泛表觀轉(zhuǎn)錄組相互作用的復(fù)雜性。
圖 6A：m⁶A 和 mcm⁵s²U 影響解碼速度及核糖體碰撞的示意圖，mcm⁵s²U 缺失（藍(lán)色空心圓）會(huì)增強(qiáng) m⁶A 誘導(dǎo)的核糖體停滯和碰撞；
圖 6B：tRNA 反密碼子 34 位 Q 修飾示意圖，及含 Q 的 tRNA 解碼密碼子與 m⁶A 修飾密碼子（AAC、GAC）的重疊；
圖 6C：WT、QTRT1 KO、QTRT2 KO 細(xì)胞中 AAC/GAC 密碼子的 A 位點(diǎn)占有率與 m⁶A 化學(xué)計(jì)量的相關(guān)性，QTRT1 KO/QTRT2 KO 組斜率（m=2.99/3.06）顯著高于 WT 組（m=0.95/0.77），表明 Q 修飾與 m⁶A 協(xié)同調(diào)控解碼效率。
7 總結(jié)
本研究通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和多組學(xué)分析，揭示了 tRNA 修飾 mcm⁵s²U 與 mRNA 修飾 m⁶A 之間的功能性相互作用，建立了 “m⁶A（CDS 區(qū)域）- 核糖體碰撞 - mRNA 降解” 的調(diào)控通路，以及 mcm⁵s²U 對(duì)該通路的拮抗機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)不僅豐富了表觀轉(zhuǎn)錄組學(xué)的理論體系，還為癌癥的診斷和治療提供了新的生物標(biāo)志物和靶點(diǎn)，具有重要的科學(xué)意義和臨床應(yīng)用前景。
本文中的Western Blot數(shù)據(jù)為我公司的 Sapphire 激光掃描成像系統(tǒng)所采集。
詳見(jiàn)下圖中的G圖：
原文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00415-5?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867425004155%3Fshowall%3Dtrue
創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)性能， Azure Biosystems全新推出的Sapphire FL，是繼革新專利產(chǎn)品Sapphire激光掃描成像系統(tǒng)后的又一力作，是從分子檢測(cè)到活體成像，應(yīng)用靈活的終極激光掃描成像系統(tǒng)。Sapphire FL具有定制化的、用戶可自主更換的超多光學(xué)模塊，5-1000μm的掃描分辨率，-1.0 至+6 mm的Z軸掃描功能，用于活體成像的5個(gè)麻醉輸出端口等，可輕松滿足客戶多樣化、深入的科研需求，成就非凡生物成像體驗(yàn)！
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