Gene expression can be regulated post-transcriptionally through dynamic and reversible RNA modifications. A recent noteworthy example is N6-methyladenosine (m6A), which affects messenger RNA (mRNA) localization, stability, translation and splicing. Here we report on a new mRNA modification, N1-methyladenosine (m1A), that occurs on thousands of different gene transcripts in eukaryotic cells, from yeast to mammals, at an estimated average transcript stoichiometry of 20% in humans. Employing newly developed sequencing approaches, we show that m1A is enriched around the start codon upstream of the first splice site: it preferentially decorates more structured regions around canonical and alternative translation initiation sites, is dynamic in response to physiological conditions, and correlates positively with protein production. These unique features are highly conserved in mouse and human cells, strongly indicating a functional role for m1A in promoting translation of methylated mRNA. Here the m1A modification is discovered in messenger RNA and mapped at the transcriptome-wide level; the modification is conserved, dynamic, accumulates in structured regions around translation initiation sites upstream of the first splice site, and correlates with higher protein expression. The N6-methyladenosine (m6A) modification of RNA has been subject to intensive examination since it was recognized to be widespread throughout the transcriptome. In a new study by Chuan He and colleagues, the significance of a different messenger RNA modification, N1-methyladenosine (m1A), is probed on the transcriptome-wide level. Although the modification is dynamic, they find it accumulates in structured regions surrounding both canonical and alternative translation initiation sites, and its presence correlates with higher protein expression.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is the most common type of pancreatic cancer featured with high intra-tumoral heterogeneity and poor prognosis. To comprehensively delineate the PDAC intra-tumoral heterogeneity and the underlying mechanism for PDAC progression, we employed single-cell RNA-seq (scRNA-seq) to acquire the transcriptomic atlas of 57,530 individual pancreatic cells from primary PDAC tumors and control pancreases, and identified diverse malignant and stromal cell types, including two ductal subtypes with abnormal and malignant gene expression profiles respectively, in PDAC. We found that the heterogenous malignant subtype was composed of several subpopulations with differential proliferative and migratory potentials. Cell trajectory analysis revealed that components of multiple tumor-related pathways and transcription factors (TFs) were differentially expressed along PDAC progression. Furthermore, we found a subset of ductal cells with unique proliferative features were associated with an inactivation state in tumor-infiltrating T cells, providing novel markers for the prediction of antitumor immune response. Together, our findings provide a valuable resource for deciphering the intra-tumoral heterogeneity in PDAC and uncover a connection between tumor intrinsic transcriptional state and T cell activation, suggesting potential biomarkers for anticancer treatment such as targeted therapy and immunotherapy.

There is growing evidence that tumour neoantigens have important roles in generating spontaneous antitumour immune responses and predicting clinical responses to immunotherapies1,2. Despite the presence of numerous neoantigens in patients, complete tumour elimination is rare, owing to failures in mounting a sufficient and lasting antitumour immune response3,4. Here we show that durable neoantigen-specific immunity is regulated by mRNA N6-methyadenosine (m6A) methylation through the m6A-binding protein YTHDF15. In contrast to wild-type mice, Ythdf1-deficient mice show an elevated antigen-specific CD8+ T cell antitumour response. Loss of YTHDF1 in classical dendritic cells enhanced the cross-presentation of tumour antigens and the cross-priming of CD8+ T cells in vivo. Mechanistically, transcripts encoding lysosomal proteases are marked by m6A and recognized by YTHDF1. Binding of YTHDF1 to these transcripts increases the translation of lysosomal cathepsins in dendritic cells, and inhibition of cathepsins markedly enhances cross-presentation of wild-type dendritic cells. Furthermore, the therapeutic efficacy of PD-L1 checkpoint blockade is enhanced in Ythdf1−/− mice, implicating YTHDF1 as a potential therapeutic target in anticancer immunotherapy. The m6A reader protein YTHDF1 suppresses the clearance of tumour cells by enhancing the translation of lysosomal proteases in dendritic cells and thereby suppressing tumour antigen presentation.

A new layer of transcriptional control N 6 -methyladenosine (m 6 A) is the most abundant messenger RNA modification in almost all eukaryotes. Liu et al. now show that m 6 A is also cotranscriptionally added onto various chromosome-associated regulatory RNAs (carRNAs) in mammalian cells. Disruption of m 6 A modification of these RNAs increases their abundance and promotes gene transcription by increasing the chromatin accessibility. Thus, m 6 A serves as a switch to regulate carRNA levels by tuning nearby chromatin state and downstream transcription. Science , this issue p. 580

Summary

 N⁶-methyldeoxyadenosine (6mA or m⁶A) is a DNA modification preserved in prokaryotes to eukaryotes. It is widespread in bacteria and functions in DNA mismatch repair, chromosome segregation, and virulence regulation. In contrast, the distribution and function of 6mA in eukaryotes have been unclear. Here, we present a comprehensive analysis of the 6mA landscape in the genome of Chlamydomonas using new sequencing approaches. We identified the 6mA modification in 84% of genes in Chlamydomonas. We found that 6mA mainly locates at ApT dinucleotides around transcription start sites (TSS) with a bimodal distribution and appears to mark active genes. A periodic pattern of 6mA deposition was also observed at base resolution, which is associated with nucleosome distribution near the TSS, suggesting a possible role in nucleosome positioning. The new genome-wide mapping of 6mA and its unique distribution in the Chlamydomonas genome suggest potential regulatory roles of 6mA in gene expression in eukaryotic organisms.

tRNA is a central component of protein synthesis and the cell signaling network. One salient feature of tRNA is its heavily modified status, which can critically impact its function. Here, we show that mammalian ALKBH1 is a tRNA demethylase. It mediates the demethylation of N1-methyladenosine (m1A) in tRNAs. The ALKBH1-catalyzed demethylation of the target tRNAs results in attenuated translation initiation and decreased usage of tRNAs in protein synthesis. This process is dynamic and responds to glucose availability to affect translation. Our results uncover reversible methylation of tRNA as a new mechanism of post-transcriptional gene expression regulation.

Abstract N 6 ‐methyladenosine (m 6 A) is an abundant internal modification in eukaryotic mRNA and plays regulatory roles in mRNA metabolism. However, methods to precisely locate the m 6 A modification remain limited. We present here a photo‐crosslinking‐assisted m 6 A sequencing strategy (PA‐m 6 A‐seq) to more accurately define sites with m 6 A modification. Using this strategy, we obtained a high‐resolution map of m 6 A in a human transcriptome. The map resembles the general distribution pattern observed previously, and reveals new m 6 A sites at base resolution. Our results provide insight into the relationship between the methylation regions and the binding sites of RNA‐binding proteins.