PNAS | 刘晓敏/周君合作揭示m⁶A甲基转移酶复合体共翻译组装新模式及其干预策略

蛋白质在细胞中常以多亚基复合体的形式存在，这些复合体通过模块化的设计，实现了广泛的蛋白质相互作用，进而有效执行多样化的生理功能【1】。然而，在细胞内部密集且复杂的微环境中， 如何高效、精准地组装并稳定维持由多重相互作用构成的蛋白质复合体，仍是一个 重要 挑战。 近年研究表明，许多蛋白质复合体可通过共翻译组装途径形成。在这一过程中，蛋白质亚基在核糖体上合成的同时即开始相互结合，不仅提升了新合成蛋白质的稳定性和溶解性，也确保了复合体中各组分精确的化学计量比【2, 3】。 N 6 - 甲基腺嘌呤（ N 6 -methyladenosine, m 6 A ） 作为真核生物中最关键的 RNA 化学修饰之一，在调控 RNA 功能和细胞生命活动中具有重要作用。 m 6 A 修饰主要由 其 甲基转移酶复合体（ methyltransferase complex, MTC ）催化生成，该复合体的核心催化亚基为 METTL3 ，而 METTL14 则作为 RNA 结合的支架蛋白【4,5】。然而，该复合体在细胞内的组装模式与调控机制尚不完全清楚。

近日，中国药科大学 刘晓敏 教授和 周君 教授 研究 团队 合作 在 PNAS 杂志在线发表题为 Cotranslational assembly directs the biogenesis of the m 6 A methyltransferase complex 的研究论文。 该研究 揭示 共翻译 途径 指导 m 6 A 甲基转移酶复合体组装的 关键调控 模式和 机制 ，并 进一步 开发靶向该组装途径的多肽抑制剂，为靶向致癌性 m 6 A 通路治疗白血病 提供潜在治疗 新 策略。

作为 MTC 的核心催化组件， METTL3 与 METTL14 通过形成异源二聚体发 挥功能。 为探究二者的调控关系， 研究 人员 利用 METTL3 或 METTL14 敲低细胞系和蛋白降解抑制剂 ，发现两者的蛋白表达水平相互依赖 ，且其 相互调控机制既不依赖于转录水平， 也无法通过抑制蛋白降解通路来恢复 ， 推测 MTC 可能在翻译过程中即 开始 组装 。 为验证这一假设， 研究人员 结合 蔗糖离心分离核糖体组分 和 新生肽链的 RNA 免疫共沉淀 技术 ，发现在 翻译阻滞剂环己酰亚胺（ cycloheximide, CHX ） 处理条件下，新生的 METTL3 蛋白能够特异性地富集 METTL14 的 mRNA ，而 翻译提前终止剂嘌呤霉素（ puromycin, Puro ） 处理则显著 抑制 了该相互作用。反向实验也证实，新生 METTL14 同样能够富集 METTL3 的 mRNA 。 随后 通过利用 蛋白 免疫荧光 结合 单分子 RNA 荧光原位杂交技术 ， 研究人员 观察到 细胞质中部分 METTL3 的 mRNA 与 METTL14 蛋白存在 Puro 敏感的共定位模式 ， 反之 亦然 。 以上结果提示， METTL3 与 METTL14 在翻译过程中即开始发生特异性 的 二聚化。 蛋白质复合体通常通过两种模式进行共翻译 组装 ：共翻译共组装（新生肽链间直接结合）或共翻译后组装（新生肽链与已成熟的蛋白结合）。为明确 MTC 的组装模式， 研究人员 通过 N 端与 C 端标签融合蛋白 的共表达及 RNA 免疫共沉淀分析 ， 发现 MTC 的 组装遵循 “ 共翻译共组装 ” 模式。 通过截断实验，研究人员进一步确定，介导 其 翻译相互作用的关键区域是 METTL3 与 METTL14 的甲基转移酶结构域。 利用邻近标记结合蛋白质谱技术进行分析， 研究 人员 鉴定出大量核糖体蛋白以及参与蛋白折叠的因子，特别是细胞质伴侣蛋白复合物 CCT 的多个组分。 经过功能验证，发现 CCT 4 作为关键的辅助因子，参与了 MTC 的共翻译组装过程。 此外， 基于 METTL3/14 互作 界面的 结构特征 ， 研究 人员 设计并合成了靶向该界面的多肽抑制剂。在急性髓系白血病 （ a cute myeloid leukemia , AML ） 细胞模型中，多肽抑制剂 M14P1 对多种细胞系表现出显著的抗 肿瘤 活性，可 抑制肿瘤 细胞增殖 并诱导其 凋亡。 机制研究显示， M14P1 可进入细胞质， 干预 MTC 的共翻译组装过程 ，导致细胞整体 m 6 A 修饰水平下降 ，抑制 多个 含有 m 6 A 修饰 的癌 转录本 （如 SP1 、 MYC 、 BRD4 ）的 蛋白 表达，从而发挥抗白血病作用。

综上所述，本研究揭示了共翻译组装在 m 6 A 甲基转移酶复合体体内形成过程中的关键作用与调控机制。 基于此，研究 人员 成功开发了靶向该组装过程的多 肽抑制剂。该抑制剂能够有效阻断 MTC 复合体的形成 ，并表现出良好的抗肿瘤活性 ，为 AML 的治疗提供了一种 有潜力 的靶向干预新策略。

中国药科大学博士研究生吴响， 张昊天 、 黄铃词 为本文的共同第一作者。中国药科大学刘晓敏教授和周君教授为本文的共同通讯作者。 该研究还得到了 湖南大学史俊峰 教授的帮助。

原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2517258123

制版人：十一

参考文献

1. Marsh, J. A. & Teichmann, S. A. Structure, dynamics, assembly, and evolution of protein complexes.Annu. Rev. Biochem.84 , 551–575 (2015).

2. Bernardini, A. & Tora, L. Co-translational assembly pathways of nuclear multiprotein complexes involved in the regulation of gene transcription.J. Mol. Biol.436 , (2024).

3. Wells, J. N., Bergendahl, L. T. & Marsh, J. A. Co-translational assembly of protein complexes.Biochem. Soc. Trans.43 , 1221–1226 (2015).

4. Wang, P., Doxtader, K. A. & Nam, Y. Structural basis for cooperative function of Mettl3 and Mettl14 methyltransferases.Mol. Cell63 , 306–317 (2016).

5. Wang, X. et al. Structural basis of N6-adenosine methylation by the METTL3-METTL14 complex.Nature534 , 575–578 (2016).

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