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導讀
在20世紀50年代，研究人員首次在酵母中發現了第一種結構修飾的核苷——假尿苷。隨后，1974年發現了哺乳動物mRNAs的N(6)-甲基腺苷(m6A)修飾。近年來，隨著高通量技術的發展，掀起了一股表觀遺傳修飾的研究浪潮。人們已經認識到RNA甲基化的普遍性和生物學意義。m1A、m5C、m7G 等RNA修飾也逐漸進入人們的視野。由此，RNA表觀遺傳修飾研究領域應運而生。
背景知識
在了解m7G 之前，不得不先說一下m6A的相關知識。m6A影響許多生物學過程，如pre-mRNA加工、蛋白質翻譯啟動和mRNA的降解。進而會影響發育、代謝性疾病、性別分化和腫瘤發生。最重要的是，發現m6A去甲基酶FTO，為RNA動態表觀遺傳修飾的研究鋪平了道路，并為其他RNA甲基化修飾的研究奠定了基礎。N7-甲基鳥苷(m7G)的修飾普遍存在于mRNA、tRNA、rRNA中。在mRNA中，甲基轉移酶樣1(METTL1)和WD repeat domain 4 (WDR4)復合體可以將m7G安裝在mRNA上，這會影響mRNA的翻譯效率。在真核生物中，METTL1和WDR4形成甲基轉移酶復合體，可以催化tRNA中m7G的修飾。在rRNA中， WBSCR22/TRMT112 復合物作為甲基轉移酶參與了18S rRNA前體的加工， 這對于 40S 核糖體亞基之前的核輸出是必需的，這表明這些 m7G甲基轉移酶與18S rRNA 的結合可作為 40S 核糖體亞基成熟過程中的保守質量控制機制。這些m7G甲基化影響RNA功能，并且與人類疾病有關。比如，缺乏METTL1和WDR4的小鼠胚胎干細胞在自我更新和神經分化方面存在缺陷。另外m7G甲基化還與腫瘤發生、腫瘤細胞化療耐藥等生物過程相關。
m7G發文思路及相關實驗技術
m7G RNA的甲基化圖譜可以提供表觀轉錄組標記的全面數據，這些數據將有助于研究RNA甲基化對相關疾病的調節作用、在表觀遺傳水平上揭示潛在的生物標記物，并為臨床研究提供新的策略。繪畫m7G RNA相關的甲基化圖譜所用的主要測序技術是Merip-m7G-Seq技術。MeRIP-seq是將MeDIP、RIP及RNA-seq技術結合起來，在全基因組范圍內精確檢測RNA甲基化，適用于m7G RNA甲基化譜研究，利用特異性的RNA甲基化抗體進行免疫共沉淀反應，將獲得的甲基化修飾片段測序。可以快速篩選m7G RNA甲基化靶基因。
在下文中1，作者選擇了斑馬魚模型動物進行了系統的研究，以了解大腦中的mRNA甲基化圖譜。本研究首次建立了斑馬魚腦表位轉錄組中m1A、m5C、m6A和m7G的綜合圖譜，揭示了這些修飾在低氧條件下在mRNA中的分布。這些數據為進一步研究m1A、m5C、m6A和m7G參與脊椎動物miRNA和重復元件的調控提供了寶貴的資源，也為從表位轉錄組學角度研究腦缺氧損傷提供了新的思路。
最近的研究表明，tRNA也會受到m7G修飾的嚴格調控。tRNA表達模式的差異讓增殖和分化細胞表達出不同的翻譯程序。此外，tRNA也能被切割成更小的RNA，其中一些參與了細胞增殖，甚至比microRNA更豐富。這些成果都說明，我們需要更好地了解tRNA如何被調控。在研究tRNA上的m7G修飾時，一個關鍵的測序技術tRNA還原和裂解測序(TRAC-Seq)，用于在tRNA轉錄組中，以單核苷酸分辨率對tRNA的7-甲基鳥嘌呤(m7G)修飾進行無偏倚的全局定位。與基于抗體的測序方法（如用于甲基化RNA序列富集的甲基化RNA免疫沉淀和meRIP-Seq）不同，基于化學的測序方法（包括TRAC-Seq）可以提供修飾位點的單核苷分辨率的分析。實現了對tRNAs中m7G位點的特異性、高效的單核苷酸解析譜分析。
在下文中2，作者就使用TRAC-seq來更好地理解在METTL1/WDR4過表達細胞中驅動惡性轉化的分子機制。作者首先發現METTL1在癌癥中經常過度表達，并且與較差的生存有關。然后繼續研究證明METTL1缺失會導致m7G修飾的tRNA豐度降低，改變細胞周期，抑制致癌作用。反之，METTL1的過表達會導致致癌細胞轉化和癌癥。從機制上講，作者發現m7G修飾的tRNAs的豐度增加，特別是Arg-TCT-4-1，并且mRNAs的翻譯增加，包括富含在相應AGA密碼子中的細胞周期調節因子。因此，Arg-TCT在許多腫瘤類型中的表達升高，并與患者的生存相關，并且這種tRNA的過度表達誘導了致癌轉化。因此，METTL1介導的tRNA修飾通過重塑mRNA的“翻譯組”來驅動腫瘤轉化，增加生長促進蛋白的表達，是一個有前景的抗癌靶點。
非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）是指不編碼蛋白質的RNA，包括miRNA、lncRNA、circRNA、piRNA等。非編碼RNA發揮功能的方式很多，可以與蛋白、DNA和RNA相互作用，參與多種細胞活動，主要包括基因的激活和沉默，RNA的剪接、修飾和編輯，蛋白質的翻譯等。ncRNA研究一直是生命科學領域的研究熱點，也是國自然申報的重要領域，高分文章也頻頻出現在我們視野。
雖然ncRNA是研究熱點，但是由于缺乏高靈敏度的檢測方法，m7G在低豐度mRNA和microRNAs(miRNAs)中的檢測受到阻礙。在下文中3，作者應用一種化學反應來檢測miRNA內部m7G。通過利用這個方法（硼氫化物還原測序[BoRed-seq]）與RNA免疫沉淀結合，作者在抑制細胞遷移的miRNA子集中發現了m7G。作者發現METTL1甲基化轉移酶介導miRNA中的m7G甲基化，并且其通過自身的催化活性調節細胞遷移。通過質譜法，作者可以將m7G定位到 let-7e-5p miRNA中的單個鳥嘌呤。結果表明，METTL1介導的甲基化是通過破壞主要miRNA轉錄本（pri-miRNA）來增強let-7 miRNA的加工。這些結果證明了METTL1介導的m7G作為一種新的RNA修飾途徑來調節miRNA結構，生物發生和細胞遷移。
N7-甲基鳥苷（m7G）是tRNA，rRNA和mRNA 5'cap中存在的最豐富的修飾之一，并且在調節RNA加工，代謝和功能中具有關鍵作用。但除了其在mRNA中的帽位置外，內部mRNA區域中鑒定了m7G。然而，其在內部mRNA區域內的轉錄組范圍的分布和動態調節仍然未知。
在下文中4，作者開發了單堿基分辨率的m7G高通量測序技術(m7G miCLIP-seq)，通過該方法系統性描繪m7G在真核生物mRNA內部的分布特征，發現該修飾的分布在不同的物種間具有保守性。正常條件下，人和小鼠mRNA內部的m7G顯著富集于5’非翻譯區（5’UTR）和起始位點附近的AG二堿基富集區；而H2O2和熱激處理下，m7G分布發生動態性變化，顯著富集于基因編碼區（CDS）和3’UTR區。并且應激處理下形成的m7G具有促進蛋白質翻譯的作用。總之，通過開發單堿基分辨率的m7G高通量測序技術，作者發現mRNA m7G甲基組的動態變化，并揭示了應激處理下m7G在翻譯中具有調節作用，這對于處在應激狀態的細胞中mRNA翻譯具有重要意義，同時也為m7G在mRNA生物學中的修飾開辟了一個新的領域。
m7G是一個新興的熱點，目前還沒有很多數據庫。上述介紹的文章思路，大多與測序相關。高通量測序固然是篩選基因的好方法，但成本較高。利用好相關的數據庫可以事半功倍。今天小編就給大家介紹一個探究與疾病相關的m7G位點的數據庫：m7GDisAI基于異構網絡的模型，推斷潛在的與疾病相關的m7G位點（http://180.208.58.66/m7GDisAI/）（目前該數據庫正在維護，相信不久可以與大家見面）。
到目前為止，已經有人通過高通量測序方法確定了數萬個m7G靶點，這些信息在生物信息學數據庫中公開可用，可以通過計算來預測潛在的與疾病相關的m7G靶點。為了填補這一空白，下文作者構建了一個m7G與疾病相關性分析數據庫。作者從不同的數據庫中收集了m7G位點與疾病的關聯信息、m7G位點的基因組信息和疾病的表型信息，構建了m7G與疾病的關聯數據集。為了推斷潛在的疾病相關的m7G位點，作者提出了一個基于異質網絡的模型，m7G位點和疾病關聯推理(M7GDisAI)模型。M7GDisAI通過在異質網絡上應用矩陣分解方法來預測潛在的與疾病相關的m7G站點，該方法集成了m7G站點和疾病的綜合相似性信息5。
全文小結：
“表觀轉錄組學”是通過轉錄后修飾影響RNA的結構和功能，是近幾年來最熱門的研究領域之一。真核生物中的m7G 修飾在進化上是保守的，甲基轉移酶復合物都可催化這種修飾，其中METTL1/WDR4復合體的研究最深入。m7G修飾RNA的穩定性增加與表達水平會發生變化，從而促進表型的轉化（如腫瘤生成）。作為近期科研界的熱點，m7G甲基化還存在很多未知的領域需要探索，其科研價值不言而喻。本文就近期m7G的發文思路和新的測序和分析技術進行匯總，希望多大家有所幫助。
參考文獻：
1. Li W, Li X, Ma X, Xiao W, Zhang J. Mapping the m1A, m5C, m6A and m7G methylation atlas in zebrafish brain under hypoxic conditions by MeRIP-seq. BMC Genomics Feb 8 2022;23(1):105.doi:10.1186/s12864-022-08350-w.
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