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2026年3月5日，北京大学讲席教授、生命科学学院院长、核糖核酸北京研究中心主任、北京大学-清华大学生命科学联合中心研究员陈雪梅教授应邀为《生命科学科研概览和前沿展望》课程开展讲座，其报告主题为“RNA修饰——机制与应用(RNA modifications-mechanisms and applications)”。在本次报告中，陈雪梅教授从RNA的种类和功能、RNA的修饰以及RNA修饰在医药上的应用三方面，结合实验室的经典与近期工作，深入展示了RNA修饰研究的方法与逻辑。

陈雪梅教授首先指出，RNA并非仅是DNA与蛋白质之间简单的遗传信息传递者，其种类之繁多，功能之多样，远超人们的传统认知。mRNA在基因表达中起到中枢作用，其加工与修饰决定了mRNA的翻译、降解与定位。借助结构生物学的方法证实核糖体中的rRNA构成了肽酰转移酶的活性中心，是蛋白质合成真正的催化者；剪切体中的snRNA也参与形成催化活性中心，负责RNA的剪接。tRNA负责解读遗传密码，而snoRNA则作为“向导”，通过互补配对指引甲基转移酶或假尿苷合成酶在特定靶点上添加修饰。Xist RNA可以招募蛋白复合物，使整个X染色体失活，影响表观遗传。SRP RNA与蛋白形成复合体，识别信号肽，在蛋白质跨膜转运过程中不可或缺。某些RNA（如“核糖开关”riboswitch）还能形成三维结构，作为“RNA sensor”结合小分子，像开关一样调控下游基因的表达。Small RNA（microRNA、siRNA、piRNA）通过与Argonaute蛋白家族结合，在转录后水平或转录水平沉默基因表达。

陈教授总结道，RNA功能的多样性意味着对其进行化学修饰——RNA修饰，将会对RNA的稳定性、定位、翻译效率及降解等所有关键生命过程产生深远影响。添加修饰的“Writer”、去除修饰的“Eraser”以及识别修饰并执行功能的“Reader” 共同构成了RNA修饰的动态调控网络，使得RNA呈现多种多样的修饰，其中tRNA上的修饰最为密集，尤其是在反密码子区域，直接影响解码效率，而古菌中更为丰富的修饰也赋予了tRNA在极端环境下的稳定性。

接着，陈雪梅教授分享了其实验室在RNA修饰领域的两项代表性工作：

实验室经典工作——小RNA甲基化

第一项工作围绕小RNA的甲基化修饰展开。实验室最初通过筛选影响花器官发育的拟南芥突变体，发现了一个名为HEN1的基因。该基因突变后植物的雄蕊变成了花瓣，这与小RNA产生途径的关键基因——DCL1（Dicer-Like 1，其同源蛋白Dicer最初在线虫中被鉴定为小RNA加工的关键酶）突变体的表型非常相似，暗示该基因在小RNA产生过程中或发挥作用。为了探究其作用机制，团队借助序列分析揭示HEN1蛋白含有一个保守的甲基转移酶结构域，这引发了团队的好奇：RNA是否带有甲基化以及甲基是如何被添加的。通过体外生化实验，团队证实HEN1能以小RNA双链为底物添加甲基。为了确定甲基的精确位置，团队结合质谱分析、特异性氧化反应以及HPLC，最终将甲基化位点定位于小RNA 3'末端最后一个核苷酸的2'-羟基上。在HEN1突变体中，原本21-24 nt的小RNA变得长短不一，3'端要么被截短，要么被加上以U为主的尾巴。这种3'末端2'-O-甲基化修饰（形象化表述为“Me instead of U”）如同一顶“保护帽”，防止小RNA在3'端被尿苷化或截短，从而避免降解。这一保护机制在动物piRNA中也同样保守。

实验室近期工作——mRNA非典型加帽

第二项工作聚焦于mRNA的非典型加帽修饰。除了经典的m7G帽，细胞代谢产物如NAD、FAD、dpCoA等也能作为“非典型帽”共价连接到RNA的5'端，这意味着细胞的代谢状态可能直接影响到RNA的命运。利用不同加帽修饰在化学反应活性上的差异，可以特异性去除或富集带有特定帽结构的RNA，结合高通量测序，即可实现特定帽修饰RNA的检测。针对NAD-RNA，一般思路是利用腺苷二磷酸核糖基环化酶（ADPRC）将NAD+的烟酰胺部分替换为含炔烃的分子，然后通过点击化学反应（铜催化的叠氮炔炔环加成（CuAAC））将炔基化产物与生物素叠氮化物连接，再用链霉亲和素树脂富集生物素标记的RNA，进行高通量测序。陈教授团队优化了原有的化学测序方法，采用无铜点击化学的SPAAC-NAD-seq技术，避免了铜离子对RNA的降解，成功在植物等多种生物中鉴定出包括mRNA、sRNA以及线粒体RNA等在内的带有NAD帽的多类RNA。陈教授团队的研究还首次发现来自细菌和古细菌的TIR结构域蛋白具有强烈的NAD-RNA脱帽酶活性，能够从NAD + 帽子修饰中去除NAM基团，产生一种新的非典型加帽修饰RNA（即环化ADPR-RNA或者其变体）。

而对于研究更少的dpCoA-RNA，实验室从头建立了一套全新的研究体系。团队首先从寻找脱帽酶入手，鉴定出家族蛋白AtNUDT11、AtNUDT15和AtNUDT22能特异性地识别并切割dpCoA帽，且对dpCoA-RNA的偏好性远高于游离的dpCoA小分子。利用该酶的特性，他们开发了dpCoA-TLC的定量检测方法，利用两步生物酶反应和薄层色谱层析实现了跨物种、组织及RNA类别的dpCoA-RNA精确定量。随后，团队开发了dpCoA-RNA测序方法，发现带有dpCoA帽的RNA转录起始位点90%以上为腺嘌呤。利用巧妙的APM gel-northern blotting体系，聚丙烯酰胺凝胶中加入的[N-丙烯酰氨基]-苯基氯化汞（APM）与dpCoA帽中的硫醇基发生螯合作用，从而在电泳过程中特异性阻滞dpCoA-RNA的迁移，结合northern blotting杂交，可直接比较dpCoA-RNA与非dpCoA-RNA。研究发现，在高光处理下，拟南芥中dpCoA-RNA的比例显著升高。进一步的翻译活性检测表明，dpCoA-RNA可以被翻译，但在人类细胞中的翻译效率低于经典的m7G帽，显著高于无帽RNA，提示其可能在环境应激反应中调控特定基因的表达。这一工作于近期发表于Nature Biotechnology，为dpCoA-RNA的功能研究构建了涵盖定量检测、高通量测序及生化验证的完整技术体系。

最后，陈雪梅教授介绍了RNA修饰在生物医药领域的巨大潜力。2023年诺贝尔生理学或医学奖获奖工作揭示：未修饰的外源mRNA会引发先天免疫反应且极易降解，而将mRNA中的尿苷替换为假尿苷，不仅能有效逃逸免疫识别，还能显著提高其稳定性和翻译效率。这一修饰策略正是mRNA疫苗成功的关键所在。反义寡核苷酸（ASO）和小干扰RNA（siRNA）药物同样高度依赖化学修饰。为了增强稳定性、提高药效并降低脱靶效应，这些寡核苷酸通常在核糖的2'位置进行修饰，或将磷酸骨架进行硫代修饰。GalNAc共轭修饰技术的出现，使得siRNA药物能被肝细胞表面的受体特异性识别并内吞，实现了高效的肝脏靶向递送，是RNAi疗法领域的重大突破。

陈雪梅教授的报告从RNA功能的多样性出发，通过回顾其实验室在小RNA甲基化和mRNA非典型加帽两个方向的研究历程，生动阐述了从机制解析到应用探索的完整路径，系统梳理了RNA修饰领域的基础知识和前沿动态，深刻揭示了RNA修饰作为连接基础代谢、基因表达调控与疾病治疗的中枢作用，凸显了RNA修饰广阔的研究和应用前景。