分享一篇发表在ACS Chemical Biology上的文章，文章题目是“Metabolism of Epigenetic Ribonucleosides Leads to Nucleolar Stress and Cytotoxicity”，通讯作者是来自普林斯顿大学化学系的Ralph E. Kleiner教授，他的主要研究方向是RNA的功能调控和RNA结合蛋白。

核苷酸是构成RNA和DNA的基本单元，对生命至关重要。细胞主要通过两条途径产生核苷酸：从头合成途径和补救途径。补救途径回收来自RNA/DNA降解或外部来源的核苷碱基或核苷。在真核细胞中，超过150种化学修饰广泛存在于各种RNA中，这些RNA修饰是高度保守的，并在调节RNA结构和蛋白质-RNA相互作用等过程中发挥重要作用。然而，当RNA被降解后，这些修饰过的核糖核苷的代谢命运尚不清楚。因此，作者希望能够系统地探究一系列表观遗传核糖核苷在人类细胞中的代谢途径、对细胞生长的影响、进入RNA的程度以及相关的细胞表型，从而揭示其细胞毒性的潜在机制。

作者合成了一个包含18种常见未修饰及修饰核糖核苷的化合物库，在人肺癌细胞A549及其他多种细胞系中进行了系统性筛选和分析。结果发现，在修饰嘌呤核糖核苷中，体积庞大的N6-修饰腺苷即使在低微摩尔浓度下也表现出极强的细胞毒性，而结构上相似但修饰基团较小的N6-甲基腺苷在相同条件下毒性很弱，同时它们的细胞毒性与掺入新生RNA的水平呈现强烈的正相关。同时作者发现，这些修饰核苷对RNA的掺入主要是由于ADK酶无法精确地识别底物，而是会合成修饰腺苷ATP，从而导致其掺入RNA中。但同时ADAL和ADA蛋白可以通过直接去除碱基上的修饰缓解细胞毒性。

作者还发现与嘌呤核糖核苷不同，修饰的嘧啶核糖核苷的毒性较低，只有在高浓度时才会表现出明显的细胞毒性。而这些修饰的错误掺入主要来自UCK2蛋白将m5C、ψ等转化为m5CMP、ψMP等，从而在RNA合成时被错误掺入。

最后作者研究了m5C、ψ和i6A三种修饰对核仁应激和蛋白质翻译过程的影响。结果显示i6A修饰会通过掺入rRNA而抑制RNA聚合酶I活性，引发核仁应激；而ψ则不会抑制RNA聚合酶I，而是通过干扰rRNA加工和核糖体合成引发核仁应激；m5C则几乎不会引起核仁应激，而是通过直接影响核糖体活性和翻译效率而产生细胞毒性。

总之，作者揭示了表观遗传核糖核苷在细胞内的代谢路径、选择性激活与解毒机制，以及其通过RNA掺入引发核仁应激和翻译抑制的毒性机制，为理解RNA修饰代谢的生物学意义提供了新视角。

本文作者：ZBY

责任编辑：TYC

DOI：10.1021/acschembio.5c00656

原文链接：https://doi.org/10.1021/acschembio.5c00656