Science:RNA修饰让胚胎干细胞留住青春

       1月1日出版的Science报道了以色列魏茨曼科学院研究者关于m6A修饰对胚胎干细胞多能性调控作用的最新研究成果。

　　N⁶-甲基腺嘌呤(m6A)是哺乳动物mRNA中最普遍的一种RNA甲基化形式，这种修饰对mRNA剪接、运输、加工及代谢过程有重要调控作用，目前已经确认Mettl3和Mettl14两种甲基转移酶能够催化哺乳动物mRNA上产生m⁶A修饰。

　　小鼠多能性胚胎干细胞一般保持着一种原始态多能性(naive pluripotency)，但在之前研究中，研究者从植入前胚胎上胚层(pre-implantation epiblast)中分离的上胚层干细胞(epiblast stem cells，EpiSCs)表现出了更高级的发育状态，甚至已经开始进入分化初始阶段。利用siRNA对原始态ESCs中转录和表观调控因子进行筛选，研究者发现EpiSCs的分化初始状态需要依赖Mettl3这个甲基转移酶。

　　siRNA筛选ESCs中Oct4调控因子

　　随后，研究者将目光集中到了Mettl3所催化的m⁶A在EpiSCs多能性转变过程中的功能上。他们构建了一种Mettl3^-/-型突变小鼠ESCs，首先利用meRIP-Seq技术对正常小鼠ESCs中m⁶A修饰的分布进行了检测，结果发现，有将近80%的促多能基因所转录mRNA都携带有m⁶A修饰，通过质谱分析发现Mettl3^-/-型突变细胞中促多能基因mRNA上的m⁶A几乎完全消失，转录丰度明显更高，mRNA半衰期延长，翻译效率增加。这类细胞在分化培养条件下还能够一直保持正常形态，增殖产生密集的胚样小体(embryoid bodies)，多种多能性标志物稳定表达，成为超多能性细胞，但WT型ESCs则随着其分化标志物的表达很快进入分化阶段。将突变ESCs注入小鼠体内，能够比正常ESCs产生更大的畸胎瘤，分化组分更少，Oct4/Nanog多能性标志物广泛表达，畸胎瘤中的细胞甚至能在6天内重新生成Oct4-GFP-ESC细胞系。

　　突变ESCs细胞形态及免疫组化实验结果

　　突变ESCs在小鼠体内产生畸胎瘤中促多能性基因表达量及免疫组化分析结果

　　突变ESCs和野生型ESCs在分化诱导条件下培养21天后细胞形态及促多能性基因免疫组化结果

　　突变ESCs及野生型ESCs的meRIP-Seq及RNA-Seq结果，从图中可以看出，正常ESCs中带有m⁶A的reads在突变ESCs中丰度明显提高，表明Mettl3被沉默在降低m⁶A修饰水平的同时，提高了促多能性基因表达

　　突变ESCs中促多能性基因mRNA半衰期增加，翻译效率提高

　　研究者使用多种RNA修饰研究技术，从体内及体外层面对m⁶A这种重要的RNA修饰在ESCs干性调控过程中的角色进行了探索，其结果表明m⁶A能够通过影响促多能性基因的mRNA水平与稳定性，对ESCs的多能性进行调控。在未来进一步的干细胞研究中，这项成果或许能够为研究者更好地控制干细胞提供有利依据，具有重要意义。

　　相关文献：Geula S, Moshitch-Moshkovitz S, Dominissini D, et al. m6A mRNA methylation facilitates resolution of naïve pluripotency toward differentiation[J]. Science, 2015: 1261417.