生命学院刘如娟组合作揭示NSUN6催化mRNA m⁵C修饰的新机制及其在乳腺癌细胞迁移中的作用

7月4日，上海科技大学生命科学与技术学院刘如娟课题组与合作者在国际学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了题为“A cohort of mRNAs undergo high-stoichiometry NSUN6-mediated site-specific m⁵C modification”的研究论文，报道了人tRNA 5-甲基胞嘧啶（m⁵C）修饰酶NSUN6识别催化mRNA底物的分子机制，并阐明了其通过mRNA修饰活性促进乳腺癌细胞迁移的功能机制。

RNA上已发现170多种化学修饰，广泛参与其生命周期调控。tRNA的修饰最为丰富，对其稳定性、翻译效率与准确性，以及tRNA来源小RNA的生成具有关键作用。随着RNA修饰检测技术的发展，近些年研究发现许多原本存在于tRNA上的修饰也出现在mRNA中。除了m⁶A外，大多数mRNA修饰缺乏专一的修饰酶，通常由tRNA修饰酶介导。然而，tRNA特有的倒“L”形三级结构与mRNA差异较大，目前对这些酶如何识别并修饰mRNA的机制仍了解甚少。此外，由于tRNA修饰酶具有多底物特性，存在复杂的串扰，进一步限制了对其在mRNA中功能的独立研究。

m⁵C是较为常见的一种修饰，广泛存在于tRNA和mRNA上。课题组前期研究阐明了NSUN6对tRNA底物的识别机制以及催化机理，发现NSUN6识别催化tRNA底物依赖于tRNA三级结构。近期有研究发现，NSUN6也可介导mRNA上的m⁵C修饰，但修饰mRNA底物的分子机制及介导的生物学功能仍有待明晰。

该研究首次提供了人源NSUN6在体外独立且高效催化mRNA底物的生化证据，揭示了其介导高水平m⁵C修饰的mRNA底物所需要的结构和序列特征。研究还进一步通过突变NSUN6蛋白质上结合RNA的关键氨基酸，发现NSUN6通过不同的RNA结合表面组合去识别tRNA和mRNA底物，从而为区分并独立研究其在两类底物上的m⁵C修饰功能提供了可能。

利用不同的NSUN6酶活力突变体，该研究证实了NSUN6通过mRNA修饰活性促进乳腺癌细胞迁移，同时排除了tRNA修饰活性的干扰。值得注意的是，研究发现NSUN6并非通过作用于单一mRNA，而是调控一系列具有高m⁵C修饰水平、与细胞迁移密切相关的mRNA底物，从而促进细胞迁移过程。此外，研究还鉴定到YBX1和YBX3作为NSUN6介导的mRNA m⁵C修饰的“阅读器”，能够识别并稳定NSUN6在乳腺癌细胞中的mRNA底物。进一步，研究团队还尝试将NSUN6高效修饰位点引入治疗性mRNA分子中，发现单个位点的m⁵C修饰即可显著提升其在细胞内的稳定性。该研究为多底物RNA修饰酶的催化机制和功能研究提供了新视角，同时也为mRNA药物的优化提供了理论基础。

图1. NSUN6通过mRNA:m⁵C催化活性促进乳腺癌细胞迁移的机制示意图

刘如娟课题组2022级博士研究生张媛媛和2021级博士研究生李蔡涛为本文共同第一作者，刘如娟教授、圣裘德儿童研究医院徐贝思研究员以及中国科学院分子细胞科学卓越创新中心王恩多研究员为本文的共同通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60873-4