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2025 , Vol. 83 >Issue 9: 1046 - 1054

DOI: https://doi.org/10.6023/A25050152

Perspective

Recent Advances in the Biological Functions of 5-Methyluridine (m5U) RNA Modification★

  • Chuanshuo Wu a ,
  • Liang Cheng , a, b, *
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  • a Beijing National Laboratory for Molecular Sciences (BNLMS), CAS Key Laboratory of Molecular Recognition and Function, CAS Research/Education Center for Excellence in Molecular Sciences, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
  • b University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
* E-mail: ; Tel.: 010-61943102

★ For the VSI “Rising Stars in Chemistry”.

Received date: 2025-05-10

  Online published: 2025-07-07

Supported by

National Key R&D Program of China(2025YFA0920900)

Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDB0960103)

Beijing National Laboratory for Molecular Sciences(BNLMS-CXTD-202401)

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Abstract

RNA modifications play a pivotal role in regulating gene expression and maintaining cellular homeostasis. While modifications such as N6-methyladenosine (m6A) and 5-methylcytosine (m5C) have been extensively studied, 5-methyluridine (m5U) remains relatively understudied despite its abundance and evolutionary conservation, particularly in tRNA. In recent years, despite its low abundance, m5U has also been found on mRNA in mammalian cells through high resolution mass spectrometry and metabolic incorporation sequencing method. However, due to the lack of high-throughput sequencing methods, the distribution and biological functions of m5U modification on mRNA are still remaining unknown. Various species employ diverse enzymes and traverse two distinct pathways to form m5U on tRNA, underscoring the significance and diversity of m5U modification throughout evolutionary history. The m5U modification on tRNA has also been shown to play a key role in promoting tRNA folding, enhancing tRNA stability, regulating tRNA modification landscape, ribosome translocation, and cellular fitness. The human tRNA methyltransferase TRMT2A, beyond its catalytic role, influences translation fidelity and cell cycle, with implications in cancer and neurodegeneration. Despite some advancements in the study of m5U, several challenges persist. For instance, the dynamic regulation mechanism underlying m5U modification remains unclear. The precise role of m5U in the onset and progression of diseases is still not fully understood, and its potential worth in clinical diagnosis and treatment awaits further exploration. Integrating cutting-edge technologies and multi-omics approaches will be essential to unravel m5U's full biological and biomedical potential, offering new insights into RNA epigenetics and disease mechanisms. This perspective highlights recent progress in the study of m5U, including its discovery on mRNA, catalytic enzymes, cross-talk with other modifications, and regulatory functions. We also discuss the emerging links between m5U and human diseases, and outline the current challenges and future directions in decoding the dynamic regulation and biomedical significance of this RNA modification.

Key words： RNA modification; 5-methyluridine (m5U); tRNA methyltransferase 2 homolog A; cell fitness; RNA stability

Cite this article

Chuanshuo Wu , Liang Cheng . Recent Advances in the Biological Functions of 5-Methyluridine (m5U) RNA Modification★[J]. Acta Chimica Sinica, 2025 , 83(9) : 1046 -1054 . DOI: 10.6023/A25050152

1 引言

RNA是生命活动中不可或缺的核心分子, 参与遗传信息的传递、基因表达的调控以及催化反应等多种生命过程. 近年来, 随着RNA在mRNA疫苗、反义寡核苷酸(ASO)药物和基因编辑等生物医学技术中的应用不断拓展, 进一步凸显了其重要性. 伴随着质谱和高通量测序技术的快速进步, 科学家们在各种类型的RNA中已发现超过150种化学修饰, 这些修饰在调控RNA功能和维持细胞稳态方面发挥着重要作用[1]. 例如, mRNA修饰可影响其翻译效率和稳定性, tRNA和rRNA修饰则直接关系到蛋白质合成的精确性和核糖体的结构完整性. 此外, RNA修饰不仅影响RNA的生物学功能, 还与多种疾病如癌症、神经退行性疾病以及代谢性疾病等密切相关[2].
在众多RNA修饰类型中, N6-甲基腺苷(m6A)和5-甲基胞苷(m5C)由于其在mRNA中的广泛分布而受到极大关注[3-4]. 相比之下, 发生在C5位的尿苷甲基化修饰——5-甲基尿苷(m5U), 尽管早在20世纪即被发现, 并在tRNA和rRNA中具有较高的丰度和保守性, 其研究却长期处于边缘地位. 近年来, 随着高灵敏检测手段的出现, m5U在mRNA中的存在被初步证实, 其在调控RNA稳定性、修饰网络协同以及细胞应激适应等方面的重要功能也逐渐显现.
本文将围绕m5U修饰在mRNA上的发现、不同物种间m5U形成机制的差异、生物学功能研究及其相关酶的作用进行系统梳理, 并结合已有研究成果探讨其潜在的疾病关联及未来研究的重点方向, 旨在为RNA修饰研究领域提供有益的思路与参考.

2 m5U的检测及其修饰酶

5-甲基尿苷(m5U)是RNA中一种高度保守且广泛存在的修饰形式(图1). 早在20世纪60年代, 研究人员便在酵母和小鼠肝脏RNA中发现了m5U的存在[5-7]. 随着研究的不断深入, 除少数古菌和支原体外, 几乎所有物种的延伸tRNA (elongator tRNA)第54位点均存在m5U修饰[8]. 此外, m5U也被发现存在于大肠杆菌23S rRNA的747和1939位点[9]. 尽管m5U在tRNA以及rRNA上广泛存在, 但在丰度较低的mRNA上是否存在m5U尚未得到证实. 通过质谱确认mRNA上是否存在m5U的关键在于获得高质量的mRNA样品以及增强m5U的质谱信号. 2020年, 袁必锋课题组[10]利用CMCT (N-环己基-N'-(2-吗啉乙基)碳二亚胺甲基对甲苯磺酸盐)化学衍生策略增强了低丰度尿苷修饰的质谱信号, 并首次在哺乳动物细胞和组织的mRNA中检测到m5U (m5U/U 0.001%~0.0059%). 2023年, Koutmou课题组[11]亦通过LC-MS/MS在酿酒酵母的mRNA中观测到m5U的存在. 尽管质谱结果说明mRNA上存在m5U, 但具体存在的位点还需要高分辨测序结果进一步探究. 2019年, Hussain课题组[12]开发了FICC-seq (Fluorouracil Induced Catalytic Crosslinking Sequencing)方法, 通过代谢掺入5-氟尿苷, 并利用含半胱氨酸的m5U甲基转移酶TRMT2A (tRNA methyltransferase 2 homolog A)与5-氟尿苷发生化学交联, 随后利用TRMT2A的抗体富集并进行测序. 测序结果表明在哺乳动物细胞的mRNA上存在m5U. 但FICC-seq依赖于代谢掺入, 难以在天然样本中直接、准确识别m5U修饰. 综上所述, 目前的研究结果表明, m5U有可能在多种物种和RNA类型中普遍存在.
图1 高度保守的m5U54修饰. (A) m5U54位于tRNA TΨC茎环区域; (B) m5U54几乎存在于所有物种中

Figure 1 Conserved 5-methyluridine (m5U54) tRNA modification. (A) m5U54 is located in tRNA TΨC stem or loop region; (B) m5U54 is present in almost all species

尽管m5U在不同物种的tRNA上广泛存在, 但不同物种中m5U的形成机制存在一定差异[13]. 大多数真核生物及革兰氏阴性细菌依赖S-腺苷甲硫氨酸(SAM)作为甲基供体, 由位点特异性甲基转移酶催化形成m5U. 例如, 在大肠杆菌中, tRNA甲基转移酶TrmA催化tRNA第54位的m5U修饰, RlmC和RlmD分别催化23S rRNA的747和1939位点. 而在人类细胞中, 其同源酶TRMT2A承担tRNA m5U54的修饰任务. TRMT2A的催化反应机制与m5C形成类似, 都经历了一个双分子亲核取代(SN2)反应: 首先甲基转移酶活性口袋中的半胱氨酸残基与尿苷的C6位形成Michael加成中间体, 随后C5位进攻SAM, 最终在碱性氨基酸残基或水的作用下释放出修饰产物m5U(图2A). 与之不同, 在某些革兰氏阳性菌(如枯草芽孢杆菌)及部分支原体中, m5U的形成依赖于更复杂的黄素/叶酸代谢系统[14]. 例如, 黄素/叶酸依赖型甲基转移酶TrmFO和RlmFO利用N5,N10-亚甲基四氢叶酸作为甲基供体, 并以黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)为辅因子, 分别在tRNA和rRNA上催化形成m5U修饰. 其催化过程可分为三个关键步骤: 首先, FAD在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)作用下被还原为FADH−; 随后, FADH−对N5,N10-亚甲基四氢叶酸进行亲核进攻, 形成FAD-四氢叶酸复合物, 经消除反应生成CH2=FAD中间体; 最后, 酶活性中心的半胱氨酸残基通过其巯基活化尿嘧啶C5位, 与CH2=FAD的甲基发生加成反应, 再经消除和氢转移形成m5U修饰(图2B). 不同物种利用不同种类的酶, 经历两条不同的途径在tRNA及rRNA上形成m5U, 反映了m5U修饰在进化过程中的重要性和多样性.
图2 不同物种中m5U的形成机制. (A)以SAM为甲基供体的酶催化机制(哺乳动物细胞、大肠杆菌等); (B)以N5,N10-亚甲基四氢叶酸为甲基供体的酶催化机制(部分革兰氏阳性菌如: 枯草芽孢杆菌及支原体等)

Figure 2 Mechanism of m5U formation in different species. (A) Enzyme catalytic mechanism using SAM as a methyl donor (mammalian cells, E. coli); (B) Enzyme catalytic mechanism using N5,N10-methylenetetrahydrofolate as a methyl donor (Some gram positive bacteria, such as B. subtilis and mycoplasma)

3 m5U的生物学功能

转移RNA (tRNA)是翻译过程中至关重要的接头分子, 其上富含化学修饰, 约占所有RNA修饰的80%. 这些修饰对维持tRNA的空间构象、提升翻译精准性和稳定性具有重要意义. 尤其是TΨC茎环区域的修饰, 有助于稳定tRNA的结构、促进其正确折叠, 并增强与功能相关蛋白的相互作用. 早在20世纪70年代的一系列体外研究中便发现, 与缺乏m5U修饰的tRNA相比, 含有m5U的tRNA不仅具有更高的翻译保真度和结构稳定性, 同时也表现出蛋白质合成速率的降低[15-17]. 在大肠杆菌中进行的实验证实, 甲基转移酶TrmA突变所致的m5U缺失菌株在tRNA与密码子结合、大分子组装、tRNA与核糖体结合及肽链延伸速率方面与野生型无显著差异, 但在竞争性共培养条件下, 含有m5U修饰的菌株表现出一定的生长优势[18]. 近年来的研究进一步揭示, m5U在提升tRNA稳定性、调控修饰网络协同、核糖体易位以及细胞适应性方面发挥着关键作用.

3.1 m5U提升tRNA的稳定性

tRNA除执行翻译任务外, 还可被特定核酸酶剪切产生tRNA衍生小RNA (tsRNA), 后者在调控基因表达、蛋白合成和细胞应激反应中扮演重要角色. 2021年, Soares课题组[19]发现, tRNA上的m5U可与A58形成反向Hoogsteen碱基对, 从而增强tRNA结构的稳定性, 抑制其被切割. 敲低HeLa细胞中TRMT2A表达会降低m5U修饰的水平, 同时诱导血管生成素(angiogenin)表达升高, 导致tRNA在反密码子环附近断裂, tsRNA大量积累并干扰细胞的应激调控.

3.2 m5U与其他修饰的互作

tRNA分子上的多种修饰并非完全独立存在, 近年来研究发现多种修饰之间存在高度的协同互作. 2019年, Tisne课题组[20]通过时间分辨核磁共振技术研究酿酒酵母tRNAPhe的成熟过程, 发现假尿苷(Ψ55)、m5U54与N1-甲基腺苷(m1A58)三者之间存在明显的引入顺序和依赖关系. Ψ55最早形成(t=0~2 h), 促进m5U54的产生(t=2~18 h), 而后者的存在则是m1A58成功修饰的前提(图3A). 进一步研究表明, 在Ψ合成酶Pus4敲除的酵母裂解液中, tRNAPhe的m5U54修饰水平显著下降. 与U55-tRNA相比, Trm2对U54位点的甲基化速率提高了6倍, 提示Ψ55的存在可显著促进m5U54的引入. 此外, Ψ55与m5U54协同作用, 还能增强延伸tRNAPhe中m1A58修饰的形成. 与缺乏Ψ55和m5U54的tRNA相比, Trm6/Trm61催化仅含m5U54的tRNA在A58位点的甲基化速率提高了3.3倍; 催化仅含Ψ55的tRNA提高了7倍; 而当Ψ55与m5U54同时存在时, 该速率则显著提高至15倍, 显示出三者之间高度的协同关系(图3B)[21]. 晶体结构研究表明: tRNA与Trm6/Trm61的C末端结构域结合, 该结构域将tRNA TΨC环和D环分开, 并将TΨC环引导到活性位点. 而Ψ55与m5U54的存在能够帮助展开tRNA的三级结构, 并与附近的核苷酸一起与Trm6/Trm61形成稳定的构象, 使得A58与活性位点中的辅因子有效对齐, 促进m1A58的形成[22].
图3 Ψ55、m5U54及m1A58之间的互作. (A)Ψ55、m5U54及m1A58引入的先后顺序; (B)Trm6/Trm61催化含有Ψ55、m5U54的tRNA A58甲基化的速率差别. 图3来自参考文献[21]

Figure 3 Figure 3 Cross-talk between Ψ55, m5U54 and m1A58. (A) The introduce order of Ψ55, m5U54 and m1A58 in tRNA. (B) The methylation rate of tRNA A58 containing Ψ55 or m5U54 catalyzed by Trm6/Trm61. was adapted from ref. [21]. Available under a CC-BY license. Copyright 2023, The Authors

2024年, Garcia课题组[23]利用纳米孔测序联合质谱技术, 对酵母tRNA TΨC茎环区域的修饰进行了系统研究, 进一步验证了Ψ55、m5U54与m1A58三者之间存在明显的互作关系. 在大肠杆菌中, TrmA和假尿苷合成酶TruB分别催化形成tRNA TΨC茎环中最保守的m5U54和Ψ55修饰. Kothe课题组[24]同年采用多重小RNA测序(MSR-seq)技术, 比较了ΔtrmA和ΔtruB突变株与野生型菌株在tRNA修饰水平上的差异, 发现两种突变株中3-(3-氨基-3-羧丙基)尿苷(acp3U47)修饰显著降低, 而4-硫代尿苷(s4U8)修饰水平升高, 2-甲硫基-N6-异戊烯基腺苷(ms2i6A37)也受到一定影响(图4A, 4B). Koutmou课题组[25]同期使用LC-MS/MS方法对野生型与ΔtrmA突变株的大肠杆菌tRNAPhe修饰谱进行了分析, 结果显示Ψ55、二氢尿苷(D20)、N7-甲基鸟苷(m7G46)等修饰水平变化不明显, 而acp3U47下降了约1.7倍, N6-异戊烯基腺苷(i6A37)则升高了约12倍(图4C). 这些结果表明, 延伸tRNA上高度保守的m5U54与Ψ55修饰密切相关, 并能协同促进m1A58的引入. 而TrmA缺失不仅影响特定位点修饰, 还会重塑整个tRNA的修饰状态.
图4 tRNA m5U54与其它修饰的互作. (A)敲除trmA、truB后大肠杆菌tRNA acp3U47变化的热图; (B) S4U8的变化; (C)敲除trmA后大肠杆菌tRNA上的修饰变化(通过LC-MS/MS定量). 图4A、 4B来自参考文献[24], 图4C来自参考文献[25]

Figure 4 Cross-talk between m5U54 and other modifications in tRNA. (A) Heatmap depicting the variations in Escherichia coli tRNA acp3U47 following the knockout of trmA and truB; (B) changes of S4U8; (C) Modification changes of E. coli tRNA afterΔtrmA. Figures 4A, 4B were adapted from ref. [24]. Available under a CC-BY-NC-ND 4.0 license. Copyright 2024, The Authors; Figure 4C was adapted from ref. [25]. Available under a CC-BY-NC-ND 4.0 license. Copyright 2024, The Authors

3.3 m5U调控翻译过程与细胞适应性

2-硫代-5-甲基尿苷(m5s2U)是一种m5U的硫代衍生修饰, 特异性地存在于嗜热菌的tRNA中, 其结构特点为第2位羰基氧原子被硫原子取代. 研究表明, 2-硫代羰基与2-羟基之间的空间排斥使m5s2U更倾向于采取C3'-末端构象, 从而增强tRNA的刚性和稳定性, 提高蛋白质合成效率, 促进嗜热菌对高温环境的适应(图5A)[26-29]. 缺乏该修饰所必需的硫转移酶TtuA, 会导致菌株对温度变化更为敏感. 2024年, Koutmou课题组比较了Δtrm2与野生型酿酒酵母在多种培养条件下的表型差异. 两者在温度、碳源和pH等常规条件下表现相似, 但在添加翻译抑制剂(如潮霉素B、放线菌酮和巴龙霉素)后, Δtrm2菌株与野生型在敏感性上出现显著差异: 对放线菌酮更为敏感, 而对潮霉素B和巴龙霉素的敏感性则降低[25]. RNA-seq分析进一步表明, Δtrm2细胞在潮霉素B处理下的转录组扰动较小. 类似地, ΔtrmA突变的大肠杆菌也显示出对潮霉素B敏感度的下降. 该抗生素能够影响tRNA反密码子环区域的修饰水平(如i6A、N6-苏氨酰氨基甲酰腺苷(t6A)、N1-甲基肌苷(m1I)、N1-甲基鸟苷(m1G)), 从而干扰核糖体的延伸速度与翻译精度. 缺乏m5U54修饰的tRNA呈现出异常的修饰组合, 并对转位抑制剂表现出较强耐受性, 提示m5U54可能通过促进相关修饰的形成来调控核糖体的转位速率, 从而增强细胞在应激环境中的适应能力.
图5 (A)温度依赖的m5s2U54修饰; (B) trmA/truB的生物学功能. 图5B来自参考文献[24]

Figure 5 (A) Temperature-dependent modification of m5s2U54; (B) Biological function of trmA and truB. Figure 5B was adapted from ref. [24]. Available under a CC-BY-NC-ND 4.0 license. Copyright 2024, The Authors

同年, Kothe课题组[24]的研究也指出, 在大肠杆菌中, m5U54与Ψ55协同参与翻译调控及细胞适应性调节. 尽管ΔtrmA与ΔtruB突变株的总体蛋白质合成能力未见显著下降, 但对特定密码子、尤其是编码高频或大分子蛋白的翻译效率明显受损, 进一步说明这些修饰对于环境应答性蛋白表达具有重要影响(图5B). 总之, m5U通过调节tRNA结构与其上其他修饰的协同模式, 影响核糖体的易位机制和密码子识别精度, 从而参与翻译调控并提升细胞在压力条件下的生存能力.

4 m5U甲基转移酶的多功能性

在大肠杆菌中, 尽管去除TrmA的m5U催化活性并不影响其存活, 但若完全缺失trmA基因, 则会导致细胞死亡[30]. 这一现象表明, TrmA除了催化m5U形成外, 可能还具备其它关键的生物学功能. TrmA蛋白由两个主要结构域组成: 位于N端的RNA结合结构域(RBD)和位于C端的保守型m5U甲基转移酶结构域. 2020年, Kothe课题组[31]发现, TrmA不仅具有酶活性, 还能作为tRNA的伴侣蛋白, 通过RBD与tRNA肘部区域的特异性相互作用, 促进其正确折叠, 从而增强大肠杆菌的环境适应能力. 其中, RBD结构域中的F106和H125残基被认为是介导这种结合与稳定作用的关键位点(图6A, 6B).
图6 (A) TrmA和tRNA的T臂结合的结构(PDB ID: 3BT7); (B) TrmA RNA结合结构域中F106-H125残基与tRNA D臂和T臂相互作用的结构示意图; (C) TRMT2A对翻译保真度的影响. 图6A、6B来自参考文献[31], 图6C来自参考文献[32]

Figure 6 (A) Structure of TrmA bound to T arm of tRNA (PDB ID: 3BT7); (B) Structural model for the disruption of D arm and T arm tertiary interactions in tRNA by the F106-H125 wedge in the RNA-binding domain of TrmA; (C) TRMT2A’s impact on translation fidelity. Figure 6A, 6B were adapted from ref. [31]. Available under a CC-BY-NC license. Copyright 2020, The Authors; Figure 6C was adapted from ref. [32]. Available under a CC-BY license. Copyright 2023, The Authors

在人类细胞中, TrmA的同源蛋白TRMT2A定位于细胞核, 参与催化tRNA、mRNA及rRNA上的m5U修饰. 2023年, Niessing课题组[32]系统研究了TRMT2A的RNA结合特性及其在细胞内的功能. 研究显示, TRMT2A对tRNA的识别依赖于其对RNA整体构象的适度结合亲和力, 以及tRNA第54位为尿苷的序列偏好. 敲低TRMT2A的表达会导致翻译保真度下降, 提示其在维持翻译准确性方面具有重要作用(图6C). 此外, TRMT2A还被认为参与细胞周期调控. 在HeLa细胞中, 过表达TRMT2A会抑制细胞增殖, 而其缺失则促进细胞增殖, 表明该酶在细胞增殖动态中可能具有抑制性调节功能[33]. 除了对tRNA的修饰, TRMT2A亦可能通过修饰rRNA或mRNA, 或经由其他尚未明确的机制, 参与更广泛的生物过程. TRMT2A的线粒体同源物TRMT2B则定位于线粒体内, 主要负责催化线粒体tRNA上m5U54以及12S rRNA上m5U429位点的甲基化修饰, 进一步扩展了该酶家族在不同亚细胞区室中的功能谱系[34].

5 TRMT2A与疾病

RNA修饰酶功能异常常常与多种疾病相关联, TRMT2A作为tRNA m5U修饰的关键酶, 近年来也被发现参与多种病理过程. 已有研究表明, m5U修饰水平与乳腺癌、系统性红斑狼疮以及卵巢癌等疾病密切相关[35-36]. 在乳腺癌中, TRMT2A抗体的染色强度与HER2阳性患者的不良预后呈显著相关, 提示TRMT2A可能作为HER2阳性乳腺癌患者复发风险的生物标志物[37]. 此外, TRMT2A在多聚谷氨酰胺(polyQ)相关神经退行性疾病中的作用也受到关注. polyQ疾病(如亨廷顿舞蹈病)会导致异常富含谷氨酰胺重复序列的蛋白质在细胞内聚集形成不溶性沉淀, 最终引发细胞功能障碍和凋亡. 研究发现, 靶向TRMT2A的小分子干预能够减少HEK293T细胞以及患者来源成纤维细胞中polyQ蛋白的聚集, 并显著降低polyQ介导的细胞毒性, 表明TRMT2A在神经退行性病理中具有潜在的治疗价值[38].尽管目前对TRMT2A与疾病之间关联的机制尚不完全清晰, 其通过调控RNA修饰影响蛋白翻译、细胞周期及应激响应等路径的可能性值得深入探究. 未来, 通过多组学手段结合细胞与动物模型, 有望系统揭示TRMT2A在肿瘤与神经疾病等多种病理状态中的功能机制, 并推动其作为潜在生物标志物或治疗靶点的临床转化研究.

6 总结与展望

5-甲基尿苷(m5U)作为一种在tRNA中高度保守且含量丰富的RNA修饰, 在调控RNA结构稳定性、促进tRNA正确折叠、协调其他修饰的引入以及调节核糖体转位和翻译精度方面均展现出重要的生物学功能. m5U甲基转移酶(如TrmA与TRMT2A)不仅具有修饰酶活性, 还可能通过RNA结合与折叠辅助等非催化机制参与多种细胞过程. 尤其值得注意的是, TRMT2A与多种疾病(包括乳腺癌与polyQ神经病)之间的潜在关联, 提示其在疾病诊断与治疗中具有转化应用前景.
尽管目前关于m5U在tRNA中的生物学功能已取得初步进展, 但仍存在诸多亟待解决的问题: (1)近年来, 基于深度学习与序列特征的信息学工具(如m5UPred、m5UGePred、Deep-m5U、iRNA-m5U等)被用于预测m5U修饰位点, 然而由于实验层面缺乏高特异性、高分辨率的检测技术, mRNA中m5U的精确定位及其功能仍未得到系统解析, rRNA中的m5U功能研究也同样滞后[39-41]. m5U与U的主要结构差异在于C5位的甲基. 通过化学转化(碳氢键官能团化)或者酶催化氧化的策略, 在核苷酸甚至细胞水平上发展高效、高选择性的m5U识别和转化体系, 结合二代测序, 有望实现对m5U的精准标记、富集和检测. (2) m5U修饰的动态调控机制尚未明晰. 虽然已有研究聚焦于甲基转移酶(如TRMT2A), 但是否存在对应的去甲基化酶或氧化酶仍是未知, 修饰的添加、去除与识别等调控网络也尚未建立完整图谱; 通过设计m5U的特异性探针、m5U类似物的代谢标记并结合化学蛋白质组学等技术有望发现新的m5U调控或识别蛋白. (3) m5U在疾病发生与发展的具体作用机制仍不明确, 其在临床诊断和治疗中的潜在价值尚待深入挖掘; (4)目前的研究主要集中在m5U对tRNA稳定性、翻译效率及细胞增殖的影响, 而其在其它RNA类型及生物过程中的功能尚缺乏系统研究.
未来, 随着新一代RNA修饰检测技术(如直接RNA测序、纳米孔分析)和多组学手段的发展, m5U的分布特征、生物功能及调控网络有望被全面揭示. 同时, 通过遗传模型与功能实验深入解析其在疾病发生发展中的机制, 或将推动其在精准医疗领域的应用转化. m5U修饰研究正处于快速发展的关键阶段, 其潜力亟待更多探索与验证.
(Cheng, B.)

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