南开新闻网讯（通讯员 杜静静）N6-甲基腺嘌呤（m6A）修饰是哺乳动物mRNA上最常见的化学修饰之一。自2011年研究发现m6A修饰是一个动态且可调控的过程以来，该领域迅速引起了科研界的广泛关注。众多研究揭示，m6A修饰在肿瘤的发生、发展以及治疗反应中发挥着至关重要的作用。值得注意的是，即便在已知甲基转移酶METTL3被敲低或敲除的情况下，m6A修饰依然能够被检测到。这一发现提示，可能存在其他尚未被识别的m6A甲基转移酶。
南开大学药学院山长亮课题组于11月29日在Advanced Science杂志上发表了题为《HPD is an m6A Methyltransferase that Protects Colorectal Cancer Cells from Ferroptotic Cell Death by m6A Methylating SLC7A11/GPX4》的研究文章。该研究首次揭示，酪氨酸代谢酶HPD不仅参与代谢过程，还具备独立于已知甲基转移酶METTL3的m6A甲基转移酶活性。值得注意的是，HPD仍以SAM作为甲基供体，并拥有与METTL3相似的催化结构模序。机制研究表明，HPD通过其甲基转移酶活性对铁死亡关键调控基因SLC7A11和GPX4进行甲基化修饰，进而影响它们的蛋白表达水平，最终调节结直肠癌细胞的铁死亡过程及肿瘤进展。总而言之，本研究成功鉴定HPD作为一种新型、不依赖METTL3的m6A甲基转移酶，通过调控SLC7A11和GPX4的表达，影响铁死亡过程，从而在结直肠癌中发挥促肿瘤作用。
传统观点认为，酪氨酸代谢主要发生在细胞质中，其产物参与生糖和生酮过程。然而，本研究通过亚细胞定位实验发现，HPD在细胞核中同样存在。这一发现提示，HPD在细胞核内可能具有尚未被揭示的生物学功能。敲低HPD细胞的转录组测序分析为这一设想提供了线索，结果显示RNA修饰和RNA甲基化相关通路被显著富集。结合我们之前的研究发现HPD具有RNA结合能力，我们推测HPD很可能在细胞核内参与了RNA的甲基化修饰过程。
为验证HPD是否调控甲基化修饰，我们在过表达或敲低HPD的细胞及敲除小鼠模型中，结合斑点免疫印迹、ELISA和LC/MS等多种技术进行检测，确证了HPD对m6A修饰具有正向调控作用。鉴于METTL3是已知的m6A甲基转移酶，我们进一步探究HPD的作用是否依赖于METTL3。在METTL3敲低或敲除的细胞中过表达HPD，仍能引起m6A修饰的上调。更重要的是，在体外建立的甲基化反应体系中，仅有HPD便足以催化总RNA或单链RNA发生m6A甲基化。这些结果共同表明，HPD催化和调控m6A修饰的过程完全不依赖于METTL3，能够独立发挥甲基转移酶活性，并且展现出比METTL3更灵活的催化特性。此外，我们成功鉴定了HPD发挥该功能的关键位点，包括SAM结合位点（H183和H266）及催化模序（CMI），这些位点的突变均显著抑制了HPD的甲基转移酶活性。
本研究还发现，HPD的酪氨酸代谢抑制剂（Nitisinone）及生理底物（4-羟基苯丙酮酸），无论在细胞体系还是体外甲基化反应中，均能抑制HPD的甲基转移酶活性。更重要的是，我们所鉴定的调控其甲基转移酶活性的关键位点发生突变后，也会同步影响其固有的酪氨酸代谢酶活性。通过结构分析与结果比对，我们确认HPD的这两种截然不同的催化功能共享同一个活性口袋，这为上述功能的相互拮抗现象提供了关键的结构基础。此外，HPD的C端还负责其RNA结合活性。综上所述，HPD是一个集代谢、基因表达调控与RNA结合于一体的多功能蛋白。在今后的研究中，若要精确解析其特定生物学功能，必须审慎地界定或排除其他活性的潜在贡献。
铁死亡通路及其相关抑制剂已成为肿瘤治疗领域备受关注的新方向。我们的测序分析结果提示，铁死亡通路在HPD的作用机制中扮演关键角色。具体而言，我们发现HPD通过调控铁死亡核心基因SLC7A11和GPX4的表达，进而影响细胞铁死亡进程。机制层面的深入探索揭示，HPD通过增强SLC7A11和GPX4 mRNA上的m6A甲基化修饰，以提升其稳定性，最终促进其蛋白表达。在细胞、类器官及动物模型中的一系列实验均证实，靶向抑制HPD不仅能够有效降低整体m6A修饰水平及SLC7A11/GPX4的表达，更能显著抑制肿瘤生长，这凸显了HPD作为结直肠癌治疗新靶点的巨大潜力。
HPD甲基化修饰SLC7A11/GPX4从而调控铁死亡和肿瘤生长示意图
南开大学药学院博士后王继岩，2022级博士戴欣彤、刘欢乐为论文的第一作者。南开大学药学院山长亮教授、天津中医药大学中西医结合学院张帅研究员和天津人民医院张春泽主任为本文的通讯作者。
原文连接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202508541
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