Recently discovered new chemical entities in RNA modifications have involved surprising functional groups that enlarge the chemical space of RNA. Using LC-MS, we found over 100 signals of RNA constituents that contained a ribose moiety in tRNAs from E. coli. Feeding experiments with variegated stable isotope labeled compounds identified 37 compounds that are new structures of RNA modifications. One structure was elucidated by deuterium exchange and high-resolution mass spectrometry. The structure of msms i A (2-methylthiomethylenethio-N6-isopentenyl-adenosine) was confirmed by methione-D3 feeding experiments and by synthesis of the nucleobase. The msms i A contains a thioacetal, shown in vitro to be biosynthetically derived from ms i A by the radical-SAM enzyme MiaB. This enzyme performs thiomethylation, forming ms i A from i A in a first turnover. The new thioacetal is formed by a second turnover. Along with the pool of 36 new modifications, this work describes a new layer of RNA modification chemistry.

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Durch kürzlich neu entdeckte Strukturen wurde das Spektrum an funktionellen Gruppen, die die chemische Vielfalt von RNA‐Modifikation definieren, überraschend erweitert. Durch die Verwendung von LC‐MS war es uns möglich, über hundert Signale von RNA‐Komponenten, die eine Ribose‐Einheit enthielten, in tRNAs von E. coli zu detektieren. Durch Fütterungsexperimente mit stabilen isotopenmarkierten Verbindungen wurden 37 Verbindungen identifiziert, die neue RNA‐Modifikationen darstellen. Eine der 37 Strukturen konnte durch den Einsatz von Deuterium‐Austausch‐Experimenten sowie hochauflösender Massenspektrometrie aufgeklärt werden. Die Struktur von msms2i6A (2‐Methylthiomethylenethio‐N6‐isopentenyladenosin) wurde durch Methion‐D3‐Fütterungsexperimente und schließlich durch die Synthese der Nukleobase bestätigt. Die Modifikation msms2i6A enthält ein Thioacetal, dessen Biosyntheese wir in vitro durch das Radikal‐SAM‐Enzym MiaB aus ms2i6A nachstellen konnten. Dieses Enzym führt eine Thiomethylierung durch und generiert aus i6A in einer ersten Umsetzung ms2i6A. Das neu entdeckte Thioacetal wird durch eine zweite Umsetzung generiert, bei dem nun Wasserstoff aus der zuvor eingeführten Methylgruppe abstrahiert wird. Thioacetale sind in der Naturstoffchemie äußerst selten und diese Reaktion stellt zudemeinen neuartigen enzymatischen Mechanismus für ihre Bildung dar. In Verbindung mit dem Pool von 36 weiteren neuen Modifikationen beschreibt diese Arbeit eine neue Ebene in der RNA‐Modifikationschemie.

The fields of RNA modification and RNA damage both exhibit a plethora of non‐canonical nucleoside structures. While RNA modifications have evolved to improve RNA function, the term RNA damage implies detrimental effects. Based on stable isotope labelling and mass spectrometry, we report the identification and characterisation of 2‐methylthio‐1,N6‐ethenoadenosine (ms2ϵA), which is related to 1,N6‐ethenoadenine, a lesion resulting from exposure of nucleic acids to alkylating chemicals in vivo. In contrast, a sophisticated isoprene labelling scheme revealed that ms2ϵA biogenesis involves cleavage of a prenyl moiety in the known transfer RNA (tRNA) modification 2‐methylthio‐N6‐isopentenyladenosine (ms2i6A). The relative abundance of ms2ϵA in tRNAs from translating ribosomes suggests reduced function in comparison to its parent RNA modification, establishing the nature of the new structure in a newly perceived overlap of the two previously separate fields, namely an RNA modification damage.

RNA modification research is like natural product chemistry on a biopolymer scaffold. A thorough search, based on liquid chromatography mass spectrometry, identified an RNA modification containing a thioacetal structure. M. Helm and co‐workers show in their Communication on page 7893 ff. that this functional group, which is very rare in nature, is formed by a radical‐SAM enzyme that conducts two successive thiomethylation reactions on the same RNA residue.