Cell Rep Med丨沈靖南/谢显彪合作揭示NAT10及ac4C修饰通过ATF4/ASNS介导的天冬酰胺合成促进骨肉瘤进展

真核生物RNA是传递遗传信息及发挥功能的基本分子，而RNA分子上的各种修饰可以对基因的表达产生重要影响。研究发现细胞的RNA中存在超过100种类型的化学修饰，这些修饰在RNA的多种生物学功能中发挥了重要的作用，这些修饰能够调控RNA稳定性、降解、定位、出核以及翻译等关键过程，代表着遗传信息的新层面调控机制【1, 2】。这些修饰通常是由一系列修饰酶 （Writer） 和去修饰酶 （Era ser） 动态调控，影响基因的表达【3】。RNA修饰在多种肿瘤中发挥了重要作用【4-6】，阐明RNA修饰调控肿瘤的分子机制能够为治疗的开发提供新的策略，对肿瘤靶向治疗的发展有重要意义。

N4-乙酰胞嘧啶修饰 （ac4C） 是细胞内一种重要的RNA修饰。ac4C是一种保守的化学修饰，在真核生物中，NAT10是已知的ac4C关键修饰酶【7】。ac4C修饰最早发现存在于tRNA上，tRNA的ac4C修饰可以帮助tRNA识别密码子【8】，rRNA上也存在ac4C修饰，18s rRNA的ac4C修饰能够调控核糖体的翻译效率【9, 10】。最新研究报道，mRNA中存在广泛的ac4C修饰，集中在CDS区域，调控mRNA稳定性及翻译效率，ac4C修饰能够增强mRNA稳定性，CDS区ac4C修饰能够促进mRNA与tRNA识别和结合，提高翻译效率，调控基因的表达【11】。

既往研究表明RNA修饰多种关键酶在包括肝癌、乳腺癌等多种肿瘤中呈现高表达并发挥重要作用，接下来的问题是多种RNA修饰关键分子在骨肉瘤增殖和转移中是否和发挥作用，以及该分子及修饰如何调控骨肉瘤恶性进展。

近期，中山大学附属第一医院沈靖南/谢显彪团队在Cell Reports Medicine发表了题为Targeting NAT10 inhibits osteosarcoma progression via ATF4/ASNS-mediated asparagine biosynthesis的研究论文。该研究通过功能筛选揭示RNA乙酰化修饰关键酶NAT10在骨肉瘤中扮演重要角色，NAT10介导的ac4C修饰调控ATF4-ASNS调控天冬酰胺（Asn）合成是促进骨肉瘤进展的重要机制。

团队首先对患者队列测序数据分析发现，RNA修饰通路在骨肉瘤组织中显著上调，并确定了RNA修饰中潜在调控骨肉瘤恶性进展的关键基因，团使用RNA干扰联合细胞增殖及迁移模型进行体外功能筛选，干扰NAT10对骨肉瘤细胞的增殖和迁移抑制效果最为显著。随后团队发现NAT10在骨肉瘤样本中表达上调，且与不良预后相关，敲除NAT10抑制了骨肉瘤恶性的进展。

在分子机制上NAT10通过ac4C修饰增强转录因子ATF4 mRNA稳定性，上调ATF4表达，ATF4进而促进其下游靶基因ASNS的转录，ASNS是Asn合成关键酶，ASNS通过促进Asn的合成，为骨肉瘤细胞提充足的氨基酸原料，最终促进肿瘤细胞的增殖和转移。

团队进一步探究了改发现的临床意义，并筛选了NAT10的抑制剂进行疗效验证。通过AlphaFold预测蛋白结构虚拟筛选联合ITC实验验证，发现FDA批准药物Paliperidone和小分子抑制剂AG-401能够与NAT10蛋白结合，并且降低mRNA的ac4C修饰水平，减少ATF4和ASNS的表达，从而降低Asn水平，抑制骨肉瘤恶性进展。并进一步在骨肉瘤临床前动物模型中验证了两化合物对于骨肉瘤的抑制效果。

综上，该研究揭示NAT10通过ATF4/ASNS介导的Asn生物合成促进骨肉瘤的进展，Paliperidone和AG-401为NAT10的潜在抑制剂，为靶向NAT10治疗骨肉瘤提供了理论依据。

图1.研究机制模式图

https://www.cell.com/cell-reports-medicine/pdf/S2666-3791(24)00455-5.pdf

制版人：十一

参考文献

1. Li, S. and C.E. Mason, The pivotal regulatory landscape of RNA modifications.Annu Rev Genomics Hum Genet, 2014. 15: p. 127-50.

2. Roundtree, I.A., et al., Dynamic RNA Modifications in Gene Expression Regulation.Cell, 2017. 169(7): p. 1187-1200.

3. Barbieri, I. and T. Kouzarides, Role of RNA modifications in cancer.Nat Rev Cancer, 2020. 20(6): p. 303-322.

4. Vu, L.P., et al., The N(6)-methyladenosine (m(6)A)-forming enzyme METTL3 controls myeloid differentiation of normal hematopoietic and leukemia cells.Nat Med, 2017. 23(11): p. 1369-1376.

5. Visvanathan, A., et al., Essential role of METTL3-mediated m(6)A modification in glioma stem-like cells maintenance and radioresistance.Oncogene, 2018. 37(4): p. 522-533.

6. Lin, S., et al., The m(6)A Methyltransferase METTL3 Promotes Translation in Human Cancer Cells.Mol Cell, 2016. 62(3): p. 335-345.

7. Grandi, P., et al., 90S Pre-Ribosomes Include the 35S Pre-rRNA, the U3 snoRNP, and 40S Subunit Processing Factors but Predominantly Lack 60S Synthesis Factors.Molecular Cell, 2002. 10(1): p. 105-115.

8. L Stern, L.H.S., The role of the minor base N4-acetylcytidine in the function of the Escherichia coli noninitiator methionine transfer RNA.J Biol Chem, 1978(1978 Sep 10): p. 253(17):6132-9.

9. Sharma, S., et al., Yeast Kre33 and human NAT10 are conserved 18S rRNA cytosine acetyltransferases that modify tRNAs assisted by the adaptor Tan1/THUMPD1.Nucleic Acids Research, 2015. 43(4): p. 2242-2258.

10. Tardu, M., et al., Identification and Quantification of Modified Nucleosides in Saccharomyces cerevisiae mRNAs.ACS Chemical Biology, 2019. 14(7): p. 1403-1409.

11. Dominissini, D. and G. Rechavi, N4-acetylation of Cytidine in mRNA by NAT10 Regulates Stability and Translation.Cell, 2018. 175(7): p. 1725-1727.

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