甲基转移酶 3，N6-腺苷-甲基转移酶复合物催化子单元； METTL3

甲基转移酶样 3
MT-A70
IME4，酿酒酵母，同源

HGNC 批准的基因符号：METTL3

细胞遗传学位置：14q11.2 基因组坐标（GRCh38）：14:21,498,138-21,511,340（来自 NCBI）

▼ 说明

真核 mRNA 中内部腺苷残基的甲基化形成 N6-甲基腺苷（m6A），由复杂的多组分酶催化，其中 METTL3 是关键的 S-腺苷-L-甲硫氨酸结合子单元（Bokar et al., 1997） ）。

▼ 克隆与表达

Bokar 等人通过从 HeLa 细胞核提取物中基于活性的 METTL3 蛋白纯化，然后对 HeLa 细胞 cDNA 文库进行测序和 5-prime RACE（1997） 克隆了 METTL3，他们将其称为 MT-A70。推导的580个氨基酸的蛋白质的计算分子量为65 kD，接近纯化产物的70 kD分子量。 METTL3 包含 2 个假定的核定位信号和 2 个共有甲基化基序。 Northern 印迹分析在所有检查的组织中检测到 2.0-kb 和 3.0-kb 转录本。 METTL3 与酿酒酵母 Spo8 的 C 端一半具有 54% 的氨基酸同一性，随后更名为 Ime4。免疫荧光将 METTL3 定位于间期 HeLa 细胞核中的斑点。

Leach 和 Tuck（2001） 使用 RNAse 保护测定来量化许多培养细胞中 METTL3 的表达，发现 METTL3 在细胞增殖中的表达没有表现出差异。然而，与缺乏外显子 2 和 4 的 METTL3 较短转录本相比，一些致瘤细胞系显示的长转录本数量是其 9 倍。

Bujnicki 等人利用生物信息学分析（2002） 确定 METTL3 与一个更大的甲基转移酶家族相关，包括 KIAA1627、METTL4（619626）、酿酒酵母 Kar4 和细菌 DNA:m6A 甲基转移酶，所有这些都预计具有保守的甲基转移酶折叠结构。

▼ 基因功能

博卡尔等人（1994） 报道了 HeLa 细胞核提取物中甲基转移酶活性的 2 个必需成分的部分纯化，随后将其命名为 MT-A 和 MT-B。 MT-A 是一种多聚体蛋白，含有 MT-A70 S-腺苷甲硫氨酸结合子单元，分子量为 200 kD。 MT-B 的分子量为 875 kD。

博卡尔等人（1997） 使用重组 METTL3 来确认该酶的甲基转移酶活性，该酶催化 mRNA 内部腺苷残基处 m6A 残基的形成。

通过凝胶过滤和蛋白质印迹分析，Liu 等人（2014） 发现重组和表位标记的人类 METTL14（616504） 和 METTL3 以 1:1 的化学计量相互作用。 WTAP（605442） 是一种剪接因子，与 METTL14-METTL3 二聚体的相互作用较弱。 METTL3、METTL14 或 WTAP 的敲低会减少 HeLa 和 293FT 细胞中 mRNA 的 m6A 修饰，并降低 HeLa 细胞的活力。 METTL3、METTL14 或 WTAP 的沉默也会降低其靶标 mRNA 的丰度并增加新生 RNA 的半衰期，这表明 m6A 修饰会破坏 mRNA 的稳定性。 WTAP本身不显示甲基转移酶活性，但METTL3和METTL14显示mRNA的m6A修饰并且在甲基转移酶活性方面也具有协同作用。 RNA交联和测序显示METTL3和METTL14优先结合GGAC基序，而WTAP结合GACU基序。 METTL3 和 METTL14 对 RNA 茎、环或随机结构几乎没有表现出偏好。所有 3 种蛋白质的大部分结合位点都落入基因间区域和内含子。

Schwartz 等人通过 HEK293 细胞蛋白的共免疫沉淀和质谱分析（2014） 孤立发现 KIAA1429（616447）、WTAP 和 METTL14 与 METTL3 相互作用。通过短发夹 RNA 敲低小鼠和人类细胞中的任何这些蛋白质都会干扰 mRNA 的 m6A 修饰。

在哺乳动物细胞中，Alarcon 等人（2015） 发现 METTL3 甲基化初级 microRNA（pri-miRNA），标记它们供 DGCR8 识别和处理（609030）。与这一发现一致的是，METTL3 缺失减少了 DGCR8 与 pri-miRNA 的结合，并导致成熟 miRNA 的整体减少，并伴随着未加工的 pri-miRNA 的积累。体外加工反应证实了 N（6）-甲基腺苷标记在促进 pri-miRNA 加工方面的充分性。最后，功能获得实验表明 METTL3 足以以全局且非细胞类型特异性的方式增强 miRNA 的成熟。阿拉尔孔等人（2015） 得出结论，N（6）-甲基腺苷标记作为关键的转录后修饰，促进 miRNA 生物发生的启动。

帕蒂尔等人（2016） 证明，在人类细胞中，XIST（314670） 高度甲基化，至少有 78 个 N6-甲基腺苷（m6A） 残基。 m6A 在长非编码 RNA 中的功能尚未得到证实。帕蒂尔等人（2016） 表明 XIST 以及细胞 mRNA 中 m6A 的形成是由 RNA 结合基序蛋白 15（RBM15; 606077） 及其旁系同源物 RBM15B（612602） 介导的，它们结合 m6A 甲基化复合物并招募它到 RNA 中的特定位点。这导致相邻 m6A 共有基序中的腺苷核苷酸甲基化。此外，帕蒂尔等人（2016） 表明，RBM15 和 RBM15B 的敲低，或 METTL3（一种 m6A 甲基转移酶）的敲低，会损害 XIST 介导的基因沉默。 m6A 结合蛋白的系统比较表明，YTHDC1 优先识别 XIST 上的 m6A 残基，并且是 XIST 功能所必需的。此外，YTHDC1 与 XIST 的人工连接可以挽救 m6A 丢失时 XIST 介导的沉默。这些数据揭示了 XIST 介导的转录抑制所需的 m6A 形成和识别途径。

李等人（2017）表明，m6A“writer”的删除会导致m6A“writer”的缺失。 T 细胞中的 METTL3 蛋白会破坏 T 细胞的稳态和分化。在淋巴细胞减少的过继转移模型中，幼稚的 Mettl3 缺陷 T 细胞无法进行稳态扩增，并保持幼稚状态长达 12 周，从而预防结肠炎。与这些观察结果一致，编码 STAT 信号抑制蛋白 SOCS1（603597）、SOCS3（604176） 和 CISH（602441） 的 SOCS 家族基因的 mRNA 被 m6A 标记，表现出较慢的 mRNA 衰减，并表现出 mRNA 和蛋白质水平增加。 Mettl3 缺陷的初始 T 细胞中的表达。 SOCS 家族活性的增加因此抑制了 IL7 介导的 STAT5（601511） 激活以及 T 细胞稳态增殖和分化。李等人（2017） 还发现，m6A 在响应 IL7 信号传导的 Socs mRNA 诱导降解中发挥重要作用，从而重新编程初始 T 细胞以进行增殖和分化。李等人（2017） 得出的结论是，他们的研究阐明了 m6A 修饰在 T 细胞介导的发病机制中的体内生物学作用，并揭示了 T 细胞稳态和信号依赖性诱导 mRNA 降解的新机制。

巴比耶里等人（2017） 在 2 个不同的遗传筛选中确定 METTL3 是急性髓系白血病（AML; 601626） 细胞生长的必需基因。 METTL3 的下调导致细胞周期停滞、白血病细胞分化，并且无法在免疫缺陷小鼠中形成白血病。巴比耶里等人（2017） 表明 METTL3 孤立于 METTL14（616504），与染色质结合并定位于活性基因的转录起始位点。这些基因中的绝大多数在转录起始位点具有 CAATT框 结合蛋白 CEBPZ（612828），这是 METTL3 募集到染色质所必需的。启动子结合的 METTL3 在相关 mRNA 转录物的编码区内诱导 m6A 修饰，并通过缓解核糖体停滞来增强其转录。巴比耶里等人（2017） 表明 METTL3 以这种方式调控的基因对于急性髓系白血病的发展是必需的。作者得出的结论是，他们的数据将 METTL3 定义为维持白血病状态所必需的基于染色质的途径的调节剂，并将这种酶确定为急性髓系白血病的潜在治疗靶点。

翔等人（2017） 报道，RNA 中腺苷（m6A） 6 位的甲基化在 DNA 损伤位点响应紫外线照射而快速（2 分钟内）瞬时诱导。这种修饰发生在许多 Poly（A）+ 转录本上，并受到甲基转移酶 METTL3 和去甲基酶 FTO（610966） 的调节。在缺乏 METTL3 催化活性的情况下，细胞表现出紫外线诱导的环丁烷嘧啶加合物的修复延迟以及对紫外线的敏感性升高，这证明了 m6A 在紫外线响应性 DNA 损伤反应中的重要性。多种DNA聚合酶参与紫外线反应，其中一些在通过核苷酸切除修复途径切除病变后重新合成DNA，而另一些则参与跨病变合成以允许在S期复制经过受损病变。 DNA 聚合酶 kappa（POLK；605650）与核苷酸切除修复和跨损伤合成有关，需要 METTL3 的催化活性才能立即定位到紫外线诱导的 DNA 损伤位点。重要的是，Pol-kappa 过表达定性地抑制了与 METTL3 丢失相关的环丁烷嘧啶去除缺陷。翔等人（2017） 得出的结论是，他们发现了 RNA m6A 修饰在紫外线诱导的 DNA 损伤反应中的一种新功能，并且他们的发现共同支持了一个模型，其中 m6A RNA 作为选择性、快速招募 Pol kappa 来损伤的灯塔促进修复和细胞存活的位点。

崔等人（2018） 证明 METTL3 仅当在靠近终止密码子的位点连接到报告基因 mRNA 时才会增强转录，支持核糖体回收和转录控制的 mRNA 循环机制。电子显微镜揭示了单个多聚核糖体的拓扑结构，其单个 METTL3 焦点非常接近 5-prime 帽结合蛋白。崔等人（2018） 确定了 METTL3 和真核转录起始因子 3 子单元 H（EIF3H; 603912） 之间的直接物理和功能相互作用。 METTL3 促进一大类致癌 mRNA 的转录，包括含溴结构域的蛋白 4（BRD4; 608749），该蛋白在人原发性肺肿瘤中也经过 m6A 修饰。 METTL3-EIF3H 相互作用是增强转录、形成致密多聚核糖体和致癌转化所必需的。 METTL3 缺失可抑制致瘤性并使肺癌细胞对 BRD4 抑制敏感。崔等人（2018） 的结论是，这些发现揭示了一种基于 mRNA 循环的转录控制机制。

刘等人（2020） 表明，敲除小鼠胚胎干细胞中的 m（6）A 写入器 Mettl3 或核读取器 Ythdc1（617283） 会增加染色质可及性，并以 m6A 依赖性方式激活转录。刘等人（2020） 发现 METTL3 在染色体相关调节 RNA 上沉积 m（6）A 修饰，包括启动子相关 RNA、增强子 RNA 和重复 RNA。 YTHDC1 通过核外泌体靶向介导的核降解，促进这些 m（6）A 修饰 RNA 子集的衰变，特别是长散布元件 1（LINE1） 家族的元件（参见 151626）。通过 METTL3 耗竭或选定染色体相关调节 RNA 的位点特异性 m（6）A 去甲基化来减少 m（6）A 甲基化，可提高这些 RNA 的水平并促进开放染色质状态和下游转录。刘等人（2020） 得出的结论是，他们的结果表明染色体相关调控 RNA 上的 m（6）A 可以全局调节染色质状态和转录。

李等人（2020） 证明 METTL3-METTL14 甲基转移酶复合物调节 H3K9me2 修饰。李等人（2020） 观察到 m6A 与 H3K9me2 去甲基化酶 KDM3B 占据之间的全基因组相关性（609373），并发现 m6A 阅读器 YTHDC1 与 m6A 相关染色质区域发生物理相互作用并将 KDM3B 招募到 m6A 相关染色质区域，从而促进 H3K9me2 去甲基化和基因表达。李等人（2020） 得出的结论是，他们的发现建立了 m6A 和动态染色质修饰之间的直接联系，并为 RNA 修饰和组蛋白修饰之间的共转录相互作用提供了机制见解。

▼ 基因结构

Leach 和 Tuck（2001） 确定 METTL3 基因包含 11 个外显子。

▼ 生化特征

晶体结构

王等人（2016） 报道了 METTL3-METTL14（616504） 异二聚体的晶体结构，其具有甲基转移酶结构域，处于无配体、S-腺苷甲硫氨酸结合和 S-腺苷高半胱氨酸结合状态，分辨率为 1.9、1.71 和 1.61分别为埃。 METTL3和METTL14均采用I类甲基转移酶折叠，它们通过广泛的氢键网络相互作用，产生带正电的凹槽。值得注意的是，腺苷甲硫氨酸仅在 METTL3 口袋中观察到，而在 METTL14 中未观察到。结合生化分析，这些结果表明，在m（6）腺苷甲基转移酶复合物中，METTL3主要充当催化核心，而METTL14充当RNA结合平台，让人想起DNA N（6）-的目标识别域。腺嘌呤甲基转移酶。

▼ 测绘

Gross（2015） 根据 METTL3 序列（GenBank BC001650） 与基因组序列（GRCh38） 的比对，将 METTL3 基因对应到染色体 14q11.2。