直接RNA测序解锁m6A，中国科学家揭示细胞命运调控新机制

2025年1月18日，中山大学药学院万国辉教授、中山大学附属第一医院胃肠外科何伟玲和中山大学口腔医学研究所王智教授团队在期刊《Nature Communications》上发表了题为“Decoding the m6A epitranscriptomic landscape for biotechnological applications using a direct RNA sequencing approach”的研究论文。这项研究揭示了FTO和ALKBH5在调控m⁶A修饰中的不同作用，并揭示了m⁶A介导的转录本稳定性的关键信息。研究结果凸显了pum6a作为一种强大工具的潜力，可以促进人们对健康和疾病中表转录本组调控的了解，为生物技术和治疗应用铺平道路。

https://www.nature.com/articles/s41467-025-56173-6

深度学习与m⁶A检测

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直接RNA测序（DRS）技术，如牛津纳米孔技术公司（ONT）开发的技术，使该领域发生了革命性的变化，它可以对原生RNA分子进行测序，而无需事先转换为cDNA，从而保留了m⁶A等RNA修饰。深度学习和多实例学习（MIL）框架（如m⁶Anet32）的引入标志着一个实质性的飞跃。m6Anet在聚合单个读数之前先学习它们的高维表示，从而大大提高了不同生物背景下m⁶A位点的预测准确性。

针对现有m⁶A检测方法的局限性，团队开发了一种创新的计算框架pum6a，它采用了一种基于注意力的正向和非标记多实例学习策略，以提高从直接RNA-Seq数据中检测m⁶A位点的能力。它具有很高的灵敏度和特异性，尤其是在修饰频率较低的位点上，并能适应广泛的RNA序列和生物条件。不同于m⁶Anet聚合特定位点读数的特征，pum6a引入了一种关注机制，选择性地关注信息量最大的读数，显著提高了信噪比。这一改进不仅提高了m⁶A位点识别的准确性，还扩大了该模型的适用范围，使其能够检测其他RNA修饰，成为表转录组学研究的多功能工具。

缺氧诱导的胃癌细胞m⁶A去甲基化酶对CXCL10的调控

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为了证实m⁶A阅读器参与了CXCL10的调控，团队使用野生型和突变型CXCL10 3′UTR序列进行了荧光素酶报告实验。在AGS细胞中，在缺氧条件下敲除ALKBH5后，敲除YTHDF1会降低荧光素酶活性，这表明在这种情况下YTHDF1是介导CXCL10调控的主要m⁶A阅读器。然而，在MKN28细胞中，敲除YTHDF1只部分降低了荧光素酶活性，这表明替代的m⁶A阅读器参与了CXCL10表达的调控。同样，YTHDF1敲除会降低FTO耗竭的AGS细胞的荧光素酶活性，而YTHDF2敲除会增加缺氧条件下MKN28细胞的荧光素酶活性。这些结果强调了m⁶A阅读器在通过m^6A修饰调控CXCL10 mRNA稳定性和翻译方面的关键作用，YTHDF1和YTHDF2的贡献因细胞环境而异。

缺氧诱导的胃癌细胞m⁶A去甲基化酶对CXCL10表达的调控。

总结

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1. pum6a的创新与优势

增强型MIL框架：pum6a引入了结合电信号和碱基配对特征的增强型MIL框架，能够更全面地捕捉修饰信号。

加权-Noisy-OR概率转换：提高了检测灵敏度，尤其是在低读取覆盖位点。

基于注意力的特征聚合机制：有选择性地关注信息量最大的读数，提高了信噪比和检测特异性，尤其适用于化学计量低的m⁶A位点。

正向无标记学习：解决了训练数据中m⁶A位点标记不完整的问题，使其在标记不完整或有噪声的情况下也能有效识别m⁶A位点。

2. pum6a在生物医学中的应用

缺氧条件下的胃癌细胞研究：pum6a揭示了m⁶A去甲基化酶在缺氧条件下的调控机制，强调了m⁶A调控网络的灵活性。

细胞系特异性调控：在AGS和MKN28细胞中，pum6a观察到m⁶A修饰转录本的不同调控，特别是与CXCL10 mRNA稳定性相关的调控。

m⁶A阅读器的依赖性转变：在MKN28细胞中，m⁶A阅读器YTHDF1的杂合性缺失导致调控依赖性转向YTHDF2；而在AGS细胞中，CXCL10 mRNA的稳定性通过YTHDF1介导的m6A位点识别维持。

3. pum6a的贡献

pum6a不仅扩展了m⁶Anet的功能，还通过整合电信号和碱基配对特征、使用加权-Noisy-OR方法处理不同读取覆盖率、基于注意力的读取选择策略，显著提高了检测的准确性和灵敏度。

pum6a能够检测出m⁶Anet等基于阈值的方法可能忽略的m⁶A位点。

参考资料：

1.Cohn, W. E. & Volkin, E. Nucleoside-5′-Phosphates from Ribonucleic Acid. Nature 167, 483–484 (1951).

2.Kemp, J. W. & Allen, F. W. Ribonucleic acids from pancreas which contain new components. Biochim. et. Biophys. Acta 28, 51–58 (1958).