周波/龔玉萍合作組首次揭示m6A修飾對成體造血幹細胞的調控作用

責編丨迦漵

血液，生命之泉。不斷流動的血細胞既可以運輸營養物質，又是重要的免疫保護屏障。而所有的血細胞都來源於造血幹細胞。這群細胞不僅維持著血液系統的長期穩定，也是骨髓移植治療惡性血液疾病的核心組分。目前，造血幹細胞體外擴增仍是制約臨床惡性血液疾病治療的瓶頸。因此，造血幹細胞自我更新的分子機制是本領域的核心問題之一。

7月13日，Cell Research在線發表了中國科學院生物化學與細胞生物學研究所周波研究組和四川大學龔玉萍研究組合作的題為Mettl3–Mettl14 methyltransferase complex regulates the quiescence of adult hematopoietic stem cells的最新研究成果。該工作首次揭示了m6A RNA表觀遺傳修飾在成體造血幹細胞自我更新中的關鍵作用。

m6A（N6-甲基腺嘌呤）是最常見、最豐富的真核生物mRNA轉錄後修飾之一。它是由甲基轉移酶複合體Mettl3-Mettl14（及其輔助亞基WTAP）催化完成的。目前，m6A的生物學功能已受到廣泛關注【1-7】，也成為了造血幹細胞及白血病研究的熱點。在過去的工作中，科學家們發現Mettl3-Mettl14介導的m6A能夠促進急性髓性白血病的發展並維持白血病起始細胞【3, 4, 8】。在斑馬魚和小鼠中，Mettl3的敲低能夠阻斷胚胎髮育過程中的內皮-造血轉變，從而抑制pre-HSCs的產生【5】。出乎意料的是，在E10.5胎兒中敲除Mettl3並不影響造血幹細胞和祖細胞（HSPCs）的數量或功能【2】，這提示m6A在早期發育過程中對於HSC自我更新是不必要的。然而，過去的工作並沒有揭示m6A在成體造血幹細胞自我更新中的作用。

周波及龔玉萍課題組構建了m6A RNA甲基轉移酶關鍵亞基——Mettl3和/或Mettl14條件性敲除小鼠模型。研究發現，在成年小鼠骨髓中，利用Mx1-cre誘導敲除Mettl3可導致造血幹細胞數量的顯著性增長，然而，競爭性移植實驗以及二次移植實驗的結果顯示，Mettl3敲除顯著降低了供體來源的血液細胞在受體小鼠中的嵌合率。利用BrdU標記實驗，他們發現Mettl3敲除的HSC快速增殖，不再處於正常的靜息狀態。因此，儘管Mettl3敲除增加了HSC的數量，但HSC的功能受到了抑制。另一方面，Mettl14條件性敲除小鼠表現出與Mettl3敲除小鼠相似的表型，但表型明顯偏弱，而Mettl3/Mettl14雙敲小鼠則表現出與Mettl3單敲相同的表型，這表明Mettl3-Mettl14複合物在HSC中的功能主要由Mettl3介導。

相對於其它成體幹細胞，造血幹細胞的研究有著更為成熟的表型鑒定標準（12種以上抗體組合流式細胞分析）和更為嚴格的功能檢測標準（移植致死性輻照後小鼠），因此，造血幹細胞一直被作為成體幹細胞的「範例」來研究新基因、新通路在幹細胞中的作用功能。周波及其合作課題組的這項研究，不僅對造血幹細胞自我更新的研究有著重要的意義，同時也將引領m6A在其它成體幹細胞中的功能研究。

另一方面，m6A的修飾過程在體內是動態可逆的，它的功能發揮不僅受到甲基轉移酶複合體Mettl3-Mettl14（及其輔助亞基WTAP）的調節，同時還受到去甲基酶（FTO和ALKBH5）和相應的閱讀器（YTHDF或YTHDC等）協同調控。這些去甲基化酶或者閱讀器在HSC功能調控中發揮的功能與Mettl3-Mettl14複合物有何異同，也有待科學家們進一步的勘探，相信在近期會出現系列相關研究成果。

據悉，生化細胞所的姚頎、林明輝以及四川大學華西醫院桑麗娜為本文共同第一作者，周波和龔玉萍為通訊作者。

周波，中科院生物化學與細胞生物學研究所研究員，博士生導師，第十三批「青年千人」引進人才，研究方向為成體幹細胞及腫瘤幹細胞。

龔玉萍，四川大學華西醫院血液科教授，博士研究生導師，主要從事白血病的基礎與臨床研究。

參考文獻：

1. Lin, Z., et al., Mettl3-/Mettl14-mediated mRNA N(6)-methyladenosine modulates murine spermatogenesis.Cell Res, 2017. 27(10): p. 1216-1230.

2. Lv, J., et al., Endothelial-specific m(6)A modulates mouse hematopoietic stem and progenitor cell development via Notch signaling.Cell Res,2017.

3. Vu, L.P., et al., The N(6)-methyladenosine (m(6)A)-forming enzyme METTL3 controls myeloid differentiation of normal hematopoietic and leukemia cells.Nat Med, 2017. 23(11): p. 1369-1376.

4. Weng, H., et al., METTL14 Inhibits Hematopoietic Stem/Progenitor Differentiation and Promotes Leukemogenesis via mRNA m(6)A Modification.Cell Stem Cell, 2017.

5. Zhang, C., et al., m(6)A modulateshaematopoieticstem and progenitor cell specification.Nature, 2017. 549(7671): p. 273-276.

6. Xu, K., et al., Mettl3-mediated m(6)A regulates spermatogonial differentiation and meiosis initiation.Cell Res, 2017. 27(9): p. 1100-1114.

7. Wang, Y., et al., N6-methyladenosine modification destabilizes developmental regulators in embryonic stem cells.Nat Cell Biol, 2014. 16(2): p. 191-8.

8. Barbieri, I., et al., Promoter-bound METTL3 maintains myeloidleukaemiaby m(6)A-dependent translation control.Nature, 2017. 552(7683): p. 126-131.

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！