《自然-生物技术》新文上线︱北大陈雪梅胡昊团队揭示新型RNA帽——脱磷酸辅酶A（dpCoA）修饰的跨物种分布与动态调控
NBT-自然生物技术约 4 分钟研究背景
RNA的5′端帽子结构在mRNA稳定性和翻译起始等基因表达调控中扮演着关键角色。长期以来，7-甲基鸟苷（m7G）被视为真核生物mRNA的经典帽子修饰。然而，近年的研究打破了这一固有认知：一系列细胞代谢物（如NAD+, dpCoA, FAD, UDP-Glc, UDP-GlcNAc等）被发现可以作为“非经典”的RNA帽子修饰，拓宽了人们对帽子结构多样性及其调控潜力的认识。其中，脱磷酸辅酶A（dpCoA）虽早期被鉴定为原核生物的RNA非经典帽之一，但其在真核物种中的存在情况、动态变化规律及具体功能机制一直未被充分揭示。解析dpCoA加帽修饰RNA（dpCoA-RNA）的转录组特征、序列偏好、表达模式及其生物学功能，是破解这一新兴基因调控机制的关键。
结果与展望
本研究通过多技术联用，从检测、测序到功能对dpCoA-RNA进行了全方位解析：研究团队首先利用液相质谱技术在大肠杆菌、酵母、小鼠、人源细胞以及拟南芥等多种生物中检测到了dpCoA帽子修饰的存在，表明dpCoA作为一种新型RNA修饰，在进化上具有显著的保守性。随后，团队以拟南芥为模型，成功鉴定到三种特异性作用于dpCoA-RNA的脱帽酶——AtNUDT11、AtNUDT15和AtNUDT22，并进一步解析了AtNUDT11的蛋白晶体结构，阐明了其识别与水解底物的分子基础。为了深入研究，团队开发了一系列创新工具：（1）dpCoA-TLC（生物酶法定量技术），基于AtNUDT11酶的底物特异性，实现了对拟南芥、酵母、小鼠、人源细胞dpCoA-RNA的精确定量。研究发现，dpCoA-RNA的丰度随组织类型和生长条件变化，暗示其受特定机制调控； （2） dpCoA-CapZyme-seq（测序技术），基于AtNUDT11脱帽酶处理与5′端连接技术，首次实现了拟南芥中dpCoA-RNA的全转录组分析。测序结果显示，在拟南芥的poly(A) RNA中约有1696个基因产生 dpCoA-RNA，这些基因显著富集于光合作用相关通路及应激反应通路。值得注意的是，dpCoA-RNA转录起始位点（TSS）有别于m7G-RNA的 TSS，在面临高光胁迫时，dpCoA-RNA的响应速度显著快于经典的m7G-RNA，提示其在快速应激反应中可能发挥独特作用。
图1. 拟南芥dpCoA-RNA转录组特征及其生物学功能。a, dpCoA-TLC生物酶法定量技术示意图。b, 拟南芥不同组织dpCoA-RNA含量具有明显差异。c, dpCoA-CapZyme-seq测序技术流程图。d, 拟南芥共鉴定到1696个基因产生dpCoA-RNA。e, GO富集分析表明拟南芥dpCoA-RNA主要参与光合作用及应激反应过程。f, 拟南芥dpCoA-RNA响应高光胁迫。
作者简介
本研究的共同通讯作者为北京大学生命科学学院陈雪梅教授和胡昊助理研究员。胡昊助理研究员和博士生张琦玥为本研究的共同第一作者。哥伦比亚大学Liang Tong教授，中科院动物所李幸研究员，天津师范大学马轩副教授，华南农业大学尤辰江教授也参与了本项工作，并给与了大力指导。感谢北京大学吴虹教授和刘君研究员提供了小鼠和人类细胞样本，感谢北京核糖核酸研究中心的温翰研究员在预测AtNUDT11的关键氨基酸位点方面提供的协助。陈雪梅教授课题组长期致力于RNA 5′端帽子结构修饰的测序技术开发、分子机制和生物学功能研究，旨在推动RNA修饰研究在农业改良和生物医药领域的应用。
《自然-生物技术》Nature Biotechnology
DOI：10.1038/s41587-026-03040-4
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Quantification and transcriptome profiling reveal abundant, dynamic and translatable dephospho-CoA-capped RNAs
《自然-生物技术》
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*数据来源：2024年Journal Citation Reports, Clarivate Analytics 2025和期刊官网
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