RNA m6A/m5C甲基化的识别、化学修饰及其调控

In this project, we will focus on m6A and m5C, two of the most important epigenetics patterns in RNAs, and carry out highly selective and efficient recognition, chemical modified and modulation. This method has several advantages comparing with traditional procedures, in which single nucleobase mutation could be selectively recognized by the combination of chemical and biological techniques. This transformation was developed based on the partly polarization of C-H bond of the methyl group on m6A and m5C, and will provide a unique approach for the dynamic visualization and modulation of m6A and m5C. It also shows some practical application on studying the interaction of methylated RNA with proteins of interest, and will provide valuable clues for discovering new biological capabilities with those modified RNAs.

本项目在国内外RNA化学研究发展的基础上，针对RNA中m6A和m5C这两种重要的表观遗传学模式开展高效、高选择性和高灵敏度（分辨率）的化学修饰与调控的研究，突破传统的生物结合的设计思路，整合生物催化和化学转化的技术与方法，通过选择结构可控的催化体系和试剂，筛选生物相容性高的反应条件，利用碱基杂环上的甲基已经被部分极化的特性，克服导致传统的分辨率较低不利因素，发展能够选择性识别、修饰和功能化碱基的新概念和新体系，实现对特定甲基化位点的动态可视化修饰，为研究发展具有实际应用价值的甲基化RNA与互作蛋白的相互作用的模型提供重要科学基础，从而为发现RNA新的生物学功能提供关键线索。

本项目的研究目标是针对RNA中m6A和m5C这两种重要的表观遗传学模式开展高效、高选择性和高灵敏度的化学修饰与调控的研究，通过发展能够选择性识别、修饰和功能化碱基的新概念和新体系，实现对m6A和m5C甲基化位点的动态可视化修饰，为研究发展具有实际应用价值的甲基化RNA的生物模型提供重要科学基础，为发现这些修饰新的生物学功能提供关键线索。1）利用化学小分子FMN实现了活细胞水平上的m6A去甲基化，对深入研究m6A的生物学功能、m6A的测序定位以及治疗由m6A过表达引起的生理疾病以及提供了候选化合物（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 5028）；2）利用FMN选择性地将m6A RNA转化为f6A RNA，在无机碱的作用下对N-甲酰基上生物正交地引入炔丙基，为后续的标记、富集实验提供了实践基础（Chin. Chem. Lett. 2022, DOI: 10.1016/j.cclet.2021.09.028）；3）设计了两类基于靶向m6A RNA修饰酶系统的光响应型小分子，在外界光刺激下重新激活小分子，通过控制酶活性从而对细胞内m6A修饰水平进行时空特异性的精准调控（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 18116；Chem. Commun. 2021, 57, 10548）；4）在光照条件下利用小分子AMS将m5C可控地氧化到f5C而不影响其他重要的表观修饰或产生5-羟甲基胞苷（hm5C）等中间体，为精确研究m5C的氧化后修饰机制提供了重要的化学途径（Adv. Synth. Catal. 2019, 361, 4685 (VIP Article)）；5）在可见光的促进下利用2-氨基硫酚实现了对含有f5C RNA的荧光从“OFF”到“ON”的信号开关，定量地测定了转录组RNA中f5C的含量以及细胞中f5C的定位成像（Adv. Synth. Catal. 2019, 361, 5406）。