RNA动态修饰的化学调控

In this project, we will focus on the development of novel chemical biology techniques for RNA epigenetics research. This method has several advantages comparing with traditional procedures, in which dynamic RNA modification could be modulated at different conditions with high efficiency, selectivity and sensitivity. The design and evaluation of chemical modulation approaches will be based on the known structures of modification enzymes, and the so developed biomimetic catalytic system would benefit the modulation of RNA modification in living cells. Besides, the use of chemical molecules will accelerate the evolution of RNA mutation and hence change the fate of the cell.

本研究基于申请人发展的光促进的RNA修饰的化学调控，通过设计新颖的化学生物学的研究技术和干预手段，针对RNA在不同状态（时间、空间）下的动态修饰开展高效、高选择性和高灵敏度的化学修饰与调控的研究。一方面根据已知的修饰酶和去修饰酶，设计、合成结构可控的仿生化学催化体系，发展条件温和、效率较好、生物容忍度高的化学转化反应，在活细胞中实现RNA修饰的精准操纵。另外，拟利用化学小分子可控地制造RNA修饰突变，实现分子水平的RNA进化模拟，为研究发展具有实际应用价值的RNA修饰干预机制提供重要科学基础，为发现RNA修饰新的生物学功能提供关键线索。

本课题的研究目标是以RNA表观遗传中重要的动态修饰类型如m6A、m5C、等展开过程可逆的化学干预研究，发展能够选择性对修饰RNA进行化学转化和化学干预的方法，实现对特定位置、特定修饰位点的定量可控调控，以期解决传统的生物学方法所不能实现的双向调控和干预的科学难题。基于以上目标，主要完成了四部分工作：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。设计了两类基于靶向m6A修饰酶系统的光响应型小分子，通过控制酶活性从而对细胞内m6A修饰水平进行定时调控。2）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f5C的过表达作用提供了重要的化学途径。利用2-氨基硫酚对f5C发展了特异性的标记反应，实现了对含有f5C RNA的荧光从“OFF”到“ON”的信号开关，定量测定了转录组RNA中f5C的含量以及细胞中f5C的定位成像。3）利用哌啶氧铵盐作为有效的人工去异戊烯基酶，在温和的条件下特异性地对i6A碱基、核苷和i6A RNA进行去异戊烯基化，首次通过不干扰i6A的生化合成途径直接下调i6A的含量调节植物生长，为i6A RNA修饰的生物学功能研究提供了重要的化学生物学工具。4）发展了一种能够直接在核苷5’-OH进行化学修饰的方法，实现在3-5分钟内对双氧水进行快速响应，有望作为新型前药策略进行开发。