張琪、許燕團隊揭示m6A修飾調(diào)控肝臟發(fā)育的分子機制

近日，我院張琪、許燕團隊在Nature子刊Nature Communications在線發(fā)表了題為“Mettl3-mediated mRNA m⁶A modification controls postnatal liver development by modulating the transcription factor Hnf4a”的最新研究成果，系統(tǒng)闡述了Mettl3介導(dǎo)的m⁶A修飾在小鼠出生后肝臟發(fā)育成熟中的階段特異性作用。研究發(fā)現(xiàn)，Mettl3介導(dǎo)的m⁶A修飾是出生后肝臟發(fā)育過程必需的，但成年后敲除Mettl3不影響肝臟穩(wěn)態(tài)維持。機制研究發(fā)現(xiàn)Mettl3缺失可導(dǎo)致Hnf4a等肝臟核心轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄本上m⁶A修飾減少，降低Hnf4a mRNA穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致出生后早期小鼠肝臟發(fā)育受阻。該研究第一作者為許燕副研究員、科研助理周卓偉（現(xiàn)為密歇根大學(xué)博士研究生）和博士研究生康新梅，通訊作者為張琪教授。

肝臟是機體最大的實質(zhì)器官，也是新陳代謝的中心站。肝臟發(fā)育和成熟是一個復(fù)雜精細有序的過程，受到胞內(nèi)外信號、表觀遺傳調(diào)控和轉(zhuǎn)錄調(diào)控等多層次嚴密調(diào)控^{[1, 2]}。N6-甲基腺苷（m⁶A）是真核生物mRNA最豐富的修飾，調(diào)控轉(zhuǎn)錄、核質(zhì)運輸、穩(wěn)定性和翻譯等多個RNA代謝過程。m⁶A受到甲基化酶和去甲基化酶的動態(tài)調(diào)控，其中由催化亞基Mettl3和調(diào)節(jié)亞基Mettl14、 Wtap等組成甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物負責(zé)將m⁶A加載到轉(zhuǎn)錄本上特定位點，去甲基化酶ALKBH5或FTO負責(zé)移除m⁶A修飾^[3]。既往研究報道了m⁶A修飾參與干細胞分化、腫瘤發(fā)生等眾多生理病理過程^{[4, 5]}。然而，m⁶A修飾在哺乳動物肝臟發(fā)育中的作用尚無系統(tǒng)研究。

?

圖1：文章信息

?

研究發(fā)現(xiàn)，人和小鼠肝臟中m⁶A修飾水平以及甲基化酶復(fù)合物組分Mettl3和Mettl14表達水平在出生后肝臟發(fā)育不同階段動態(tài)變化，提示m⁶A修飾在哺乳動物出生后肝臟發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。出生前后肝細胞特異性敲除Mettl3（Mettl3^flox/flox/Albumin-Cre，Mettl3 cKO）的小鼠出現(xiàn)明顯的肝臟脂質(zhì)沉積、肝細胞凋亡、肝纖維化以及肝前體細胞活化等肝損傷表現(xiàn)，最終在出生后4-7周死亡，說明Mettl3在出生后小鼠肝臟發(fā)育中有著不可或缺的作用。

通過m⁶A-RIP-sequencing和RNA sequencing和一系列驗證分析，研究人員發(fā)現(xiàn)肝臟中包括Hnf4a在內(nèi)的一系列肝臟核心轉(zhuǎn)錄因子的mRNA上存在m⁶A修飾。敲除Mettl3后，這些基因轉(zhuǎn)錄本上的m⁶A修飾明顯減少，導(dǎo)致Hnf4a的mRNA和蛋白水平及其下游靶標的表達量顯著下調(diào)。應(yīng)用腺相關(guān)病毒在肝細胞中特異性過表達Hnf4a可以部分緩解Mettl3 cKO小鼠肝損傷，延長存活時間。機制研究發(fā)現(xiàn)，敲除Mettl3導(dǎo)致肝細胞中Hnf4a mRNA穩(wěn)定性下降，這一作用依賴于m⁶A閱讀蛋白Igf2bp1。這些數(shù)據(jù)說明Mettl3介導(dǎo)的m⁶A修飾以Igf2bp1依賴的方式促進肝臟核心轉(zhuǎn)錄因子Hnf4a mRNA穩(wěn)定性，維持小鼠出生后肝臟發(fā)育。?

研究人員進一步探究了Mettl3及其介導(dǎo)的m⁶A修飾在成體小鼠肝臟穩(wěn)態(tài)維持中的作用。通過構(gòu)建肝細胞特異性可誘導(dǎo)敲除Mettl3的小鼠(Mettl3^flox/flox/Alb-Cre^ERT2，Mettl3 icKO)，研究者發(fā)現(xiàn)成年后敲除Mettl3不影響小鼠肝臟穩(wěn)態(tài)維持。??????

圖2：機制圖

?

本研究系統(tǒng)闡述了Mettl3介導(dǎo)的m⁶A修飾在小鼠出生后肝臟發(fā)育成熟中的階段特異性作用，發(fā)現(xiàn)Mettl3介導(dǎo)的m⁶A修飾是出生后肝臟發(fā)育早期必需的，但成年后敲除Mettl3不影響肝臟穩(wěn)態(tài)維持。本研究揭示了肝臟發(fā)育成熟的表觀遺傳調(diào)控新機制，為肝臟發(fā)育相關(guān)重大疾病防治提供了新思路。

張琪、許燕研究團隊長期專注于肝臟疾病發(fā)生發(fā)展的表觀遺傳調(diào)控機制研究及肝臟疾病的細胞治療研究。在Cell Stem Cell, Journal of Hepatology, Nature Communications, Molecular Therapy等雜志發(fā)表多篇文章，先后獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金面上項目等多個基金支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32169-4

?

1.????? Lau HH, Ng NHJ, Loo LSW, et al. The molecular functions of hepatocyte nuclear factors - In and beyond the liver. J Hepatol 2018;68:1033-1048.

2.????? Macchi F, Sadler KC. Unraveling the Epigenetic Basis of Liver Development, Regeneration and Disease. Trends Genet 2020;36:587-597.

3.????? Shi H, Wei J, He C. Where, When, and How: Context-Dependent Functions of RNA Methylation Writers, Readers, and Erasers. Mol Cell 2019;74:640-650.

4.????? Frye M, Harada BT, Behm M, et al. RNA modifications modulate gene expression during development. Science 2018;361:1346-1349.

5.????? Liu J, Harada BT, He C. Regulation of Gene Expression by N(6)-methyladenosine in Cancer. Trends Cell Biol 2019;29:487-499.