周波研究组合作揭示m6A RNA表观遗传修饰对成年小鼠造血干细胞静息状态的调控作用
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时间：2018-07-16
7月13日，国际学术期刊Cell Research在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周波研究组和四川大学龚玉萍研究组合作的最新研究进展“Mettl3–Mettl14 methyltransferase complex regulates the quiescence of adult hematopoietic stem cells”。该工作首次揭示了m6A RNA表观遗传修饰在成体造血干细胞（HSC）自我更新中的关键作用。
m6A（N6-甲基腺嘌呤）是最常见、最丰富的真核生物mRNA转录后修饰之一。它是由甲基转移酶复合体Mettl3-Mettl14（及其辅助亚基WTAP）催化完成的。目前，m6A的生物学功能已受到广泛关注，也成为了HSC及白血病研究的热点。在过去的工作中，科学家们发现Mettl3-Mettl14介导的m6A能够促进急性髓性白血病的发展并维持白血病起始细胞。在斑马鱼和小鼠中，Mettl3的敲低能够阻断胚胎发育过程中的内皮-造血转变，从而抑制pre-HSCs的产生。出乎意料的是，在E10.5胎儿中敲除Mettl3并不影响造血干细胞和祖细胞（HSPCs）的数量或功能，这提示m6A在早期发育过程中对于HSC自我更新是不必要的。然而，过去的工作并没有揭示m6A在成体HSC自我更新中的作用。
周波及龚玉萍课题组发现，在成年小鼠骨髓中，利用Mx1-cre诱导敲除Mettl3可导致HSC数量的显著性增长，然而，竞争性移植实验以及二次移植实验的结果显示，Mettl3敲除显著降低了供体来源的血液细胞在受体小鼠中的嵌合率。利用BrdU标记实验，他们发现Mettl3敲除的HSC快速增殖，不再处于正常的静息状态。因此，尽管Mettl3敲除增加了HSC的数量，但HSC的功能受到了抑制。另一方面，Mettl14条件性敲除小鼠表现出与Mettl3敲除小鼠相似的表型，但表型明显偏弱，而Mettl3/Mettl14双敲小鼠则表现出与Mettl3单敲相同的表型，这表明Mettl3-Mettl14复合物在HSC中的功能主要由Mettl3介导。
相对于其它成体干细胞，HSC的研究有着更为成熟的表型鉴定标准（12种以上抗体组合流式细胞分析）和更为严格的功能检测标准（移植致死性辐照后小鼠），因此，HSC一直被作为成体干细胞的“范例”来研究新基因、新通路在干细胞中的作用功能。周波及其合作课题组的这项研究，不仅对HSC自我更新的研究有着重要的意义，同时也将引领m6A在其它成体干细胞中的功能研究。
另一方面，m6A的修饰过程在体内是动态可逆的，它的功能发挥不仅受到甲基转移酶复合体Mettl3-Mettl14（及其辅助亚基WTAP）的调节，同时还受到去甲基酶（FTO和ALKBH5）和相应的阅读器（YTHDF或YTHDC等）协同调控。这些去甲基化酶或者阅读器在HSC功能调控中发挥的功能与Mettl3-Mettl14复合物有何异同，也有待科学家们进一步的勘探。
硕士一年级研究生姚颀是本文的第一作者，桑丽娜和林明辉是本文的共同第一作者， 周波研究员和龚玉萍教授是本项工作的共同通讯作者。该工作得到了中国科学院战略先导项目、科技部干细胞及转化研究重点研究计划和国家自然科学基金委的经费支持。
