Internal bases in mRNA can be subjected to modifications that influence the fate of mRNA in cells. One of the most prevalent modified bases is found at the 5′ end of mRNA, at the first encoded nucleotide adjacent to the 7-methylguanosine cap. Here we show that this nucleotide, N6,2′-O-dimethyladenosine (m6Am), is a reversible modification that influences cellular mRNA fate. Using a transcriptome-wide map of m6Am we find that m6Am-initiated transcripts are markedly more stable than mRNAs that begin with other nucleotides. We show that the enhanced stability of m6Am-initiated transcripts is due to resistance to the mRNA-decapping enzyme DCP2. Moreover, we find that m6Am is selectively demethylated by fat mass and obesity-associated protein (FTO). FTO preferentially demethylates m6Am rather than N6-methyladenosine (m6A), and reduces the stability of m6Am mRNAs. Together, these findings show that the methylation status of m6Am in the 5′ cap is a dynamic and reversible epitranscriptomic modification that determines mRNA stability. Fat mass and obesity-associated protein (FTO) preferentially demethylates m6Am, a modified adenosine that, when present at the 5′ end of certain mRNAs, positively influences mRNA stability by preventing DCP2-mediated decapping. Recent studies have highlighted the role of reversible modifications, such as the addition of a methyl group to adenosines (m6A), on RNA function. Samie Jaffrey and colleagues show that a dimethyl-modified base (m6Am) at the 5′ end of certain mRNAs, next to the 7-methylguanosine cap structure, can positively influence mRNA stability by preventing their DCP2-mediated decapping. This modification is itself regulated by the fat mass and obesity-associated protein FTO, a demethylase that exhibits a preference for m6Am over m6A. This work provides insight into the biological importance of FTO, which has been implicated in body weight regulation.

Summary How viruses from the Coronaviridae family initiate viral RNA synthesis is unknown. Here we show that the SARS-CoV-1 and −2 Ni dovirus R dRp- A ssociated N ucleotidyltransferase (NiRAN) domain on nsp12 uridylates the viral cofactor nsp8, forming a UMP-Nsp8 covalent intermediate that subsequently primes RNA synthesis from a poly(A) template; a protein-priming mechanism reminiscent of Picornaviridae enzymes. In parallel, the RdRp active site of nsp12 synthesizes a pppGpU primer, which primes (-)ssRNA synthesis at the precise genome-poly(A) junction. The guanosine analogue 5’-triphosphate AT-9010 (prodrug: AT-527) tightly binds to the NiRAN and inhibits both nsp8-labeling and the initiation of RNA synthesis. A 2.98 Å resolution Cryo-EM structure of the SARS-CoV-2 nsp12-nsp7-(nsp8) 2 /RNA/NTP quaternary complex shows AT-9010 simultaneously binds to both NiRAN and RdRp active site of nsp12, blocking their respective activities. AT-527 is currently in phase II clinical trials, and is a potent inhibitor of SARS-CoV-1 and −2, representing a promising drug for COVID-19 treatment.

Summary Small nuclear RNAs (snRNAs) are core spliceosome components and mediate pre-mRNA splicing. During their biogenesis, snRNAs acquire several constitutive nucleotide modifications. Here we show that snRNAs also contain a regulated and reversible nucleotide modification causing them to exist as two different methyl isoforms, m 1 and m 2 , reflecting the methylation state of the adenosine adjacent to the snRNA cap. We find that snRNA biogenesis involves the formation of an initial m 1 -isoform with a single-methylated adenosine (2’- O -methyladenosine, Am), which is then converted to a dimethylated m 2 -isoform ( N 6 ,2’- O -dimethyladenosine, m 6 Am). The relative m 1 - and m 2 -isoform levels are determined by the RNA demethylase FTO, which selectively demethylates the m 2 -isoform. We show FTO is inhibited by endogenous metabolites, resulting in increased m 2 -snRNA levels. Furthermore, cells that exhibit high m 2 -snRNA levels show altered patterns of alternative splicing. Together, these data reveal that FTO has a central role in snRNA biogenesis and controls a previously unknown step of snRNA processing involving reversible methylation, thereby providing a potential link between reversible RNA modifications and mRNA splicing.

Cancer stem cells (CSCs) are a small but critical cell population for cancer biology since they display inherent resistance to standard therapies and give rise to metastases. Despite accruing evidence establishing a link between deregulation of epitranscriptome-related players and tumorigenic process, the role of messenger RNA (mRNA) modifications dynamic in the regulation of CSC properties remains poorly understood. Here, we show that the cytoplasmic pool of fat mass and obesity-associated protein (FTO) impedes CSC abilities in colorectal cancer through its m6Am (N6,2'-O-dimethyladenosine) demethylase activity. While m6Am is strategically located next to the m7G-mRNA cap, its biological function is not well understood and has not been addressed in cancer. Low FTO expression in patient-derived cell lines elevates m6Am level in mRNA which results in enhanced in vivo tumorigenicity and chemoresistance. Inhibition of the nuclear m6Am methyltransferase, PCIF1/CAPAM, partially reverses this phenotype. FTO-mediated regulation of m6Am marking constitutes a novel, reversible pathway controlling CSC abilities that does not involve transcriptome remodeling, but could fine-tune translation efficiency of selected m6Am marked transcripts. Altogether, our findings bring to light the first biological function of the m6Am modification and its potential adverse consequences for colorectal cancer management.

mRNAs are regulated by nucleotide modifications that influence their cellular fate. Two of the most abundant modified nucleotides are N6-methyladenosine (m6A), found within mRNAs, and N6,2-O-dimethyladenosine (m6Am), which is found at the first-transcribed nucleotide. A long-standing challenge has been distinguishing these similar modifications in transcriptome-wide mapping studies. Here we identify and biochemically characterize, PCIF1, the methyltransferase that generates m6Am. We find that PCIF1 binds and is dependent on the m7G cap. By depleting PCIF1, we definitively identified m6Am sites and generated transcriptome-wide maps that are selective for m6Am and m6A. We find that m6A and m6Am misannotations largely arise from mRNA isoforms with alternate transcription-start sites. These isoforms contain m6Am that appear to map to internal sites, increasing the likelihood of misannotation. Using the new m6Am annotations, we find that depleting m6Am does not affect mRNA translation but reduces the stability of a subset of m6Am-annotated mRNAs. The discovery of PCIF1 and our accurate mapping technique will facilitate future studies to characterize m6Ams function.