Single-Atom Catalysts Mediated Bioorthogonal Modulation of N6-Methyladenosine Methylation for Boosting Cancer Immunotherapy

化学 甲基化 生物正交化学 催化作用 癌症免疫疗法 免疫疗法 下调和上调 表观遗传学 癌症研究 组合化学 免疫系统 生物化学 基因 DNA 点击化学 免疫学 生物
作者
Mengyu Sun,Xuemeng Liu,Zhengwei Liu,Bin Zhang,Guangming Li,Jinsong Ren,Xiaogang Qu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (12): 8216-8227 被引量:24
标识
DOI:10.1021/jacs.3c12726
摘要

Bioorthogonal reactions provide a powerful tool to manipulate biological processes in their native environment. However, the transition-metal catalysts (TMCs) for bioorthogonal catalysis are limited to low atomic utilization and moderate catalytic efficiency, resulting in unsatisfactory performance in a complex physiological environment. Herein, sulfur-doped Fe single-atom catalysts with atomically dispersed and uniform active sites are fabricated to serve as potent bioorthogonal catalysts (denoted as Fe-SA), which provide a powerful tool for in situ manipulation of cellular biological processes. As a proof of concept, the N6-methyladensoine (m6A) methylation in macrophages is selectively regulated by the mannose-modified Fe-SA nanocatalysts (denoted as Fe-SA@Man NCs) for potent cancer immunotherapy. Particularly, the agonist prodrug of m6A writer METTL3/14 complex protein (pro-MPCH) can be activated in situ by tumor-associated macrophage (TAM)-targeting Fe-SA@Man, which can upregulate METTL3/14 complex protein expression and then reprogram TAMs for tumor killing by hypermethylation of m6A modification. Additionally, we find the NCs exhibit an oxidase (OXD)-like activity that further boosts the upregulation of m6A methylation and the polarization of macrophages via producing reactive oxygen species (ROS). Ultimately, the reprogrammed M1 macrophages can elicit immune responses and inhibit tumor proliferation. Our study not only sheds light on the design of single-atom catalysts for potent bioorthogonal catalysis but also provides new insights into the spatiotemporal modulation of m6A RNA methylation for the treatment of various diseases.
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