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YTH蛋白家族调控小鼠细胞命运转变的机制研究
刘家栋1
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摘要
N6-甲基腺苷(N6-Methyladenosine，m6A)修饰是目前在真核生物的mRNA上发现含量最为丰富的修饰，其广泛地参与到多种生物学过程中。m6A修饰主要由甲基化酶METTL3催化形成，并由去甲基化酶FTO和ALKBH5清除。另外，含有YTH结构域的YTHDF1-3和YTHDC1-2蛋白能够直接结合m6A修饰并发挥相应的生物学功能。目前对于m6A在细胞命运转变过程中的功能研究大多是基于m6A调控蛋白翻译及RNA降解等转录后调控模型，而m6A在其中是否有更多的功能仍然是不清楚的。此外，很多研究都主要针对METTL3展开，会使m6A水平发生全局性的变化而影响多个生物学过程，导致一些研究出现矛盾甚至是相反的结果。因此，为了更清晰地研究m6A在调控细胞命运转变中的作用，我们主要针对功能相对单一的m6A结合蛋白进行研究。 在本文的第一部分，我们着重研究位于细胞核中的m6A结合蛋白YTHDC1在细胞命运转变过程中的功能。我们发现YTHDC1与组蛋白甲基化酶SETDB1具有相互作用，并且在小鼠胚胎干细胞(mouse Embryonic Stem Cells，mESCs)中敲除这两个基因会出现类似的基因表达水平变化和组蛋白H3K9me3修饰水平下调。进一步研究发现转座元件(Transposable Elements，TEs)的转录本可以通过m6A修饰将YTHDC1招募到其相应的基因组位点上，而YTHDC1则招募SETDB1来对该位点进行组蛋白H3K9me3修饰，从而抑制这些转座元件的表达。另外，我们还发现YTHDC1通过这个机制可以调控Dux基因的表达，当Ythdc1被敲除时，Dux的基因表达就能被重新激活，从而诱导mESCs转变成类似于早期胚胎发育二细胞期细胞（2 Cell-like，2C-like）的状态。在本文的第二部分，我们主要针对位于细胞质中的m6A结合蛋白YTHDF1-3对细胞命运转变的影响进行研究。我们以小鼠体细胞重编程为模型，发现敲降Ythdf2或Ythdf3都能够抑制重编程。进一步研究发现，YTHDF2和YTHDF3可以通过不同的RNA降解途径调控重编程，其中YTHDF2招募CCR4-NOT去腺苷化复合体，而YTHDF3则招募PAN2-PAN3复合体协同调控体细胞相关基因如Tead2的mRNA降解速率。当Ythdf2/3发生缺陷时，Tead2的mRNA降解变慢、蛋白表达水平上升，促进上皮-间充质转变(Epithelial to Mesenchymal to Transition，EMT)过程，并抑制体细胞相关染色质位点关闭，从而抑制体细胞重编程。综上所述，本研究发现了YTHDC1具有调控染色质状态的功能，以及YTHDF2/3通过不同的RNA降解途径调控体细胞重编程的机制，加深了我们对m6A修饰调控细胞命运转变的认识和理解。
关键词
体细胞重编程/命运转变/N6-甲基腺苷修饰/YTHDF1-3蛋白/YTHDC1-2蛋白/生物学功能引用本文复制引用
授予学位
博士学科专业
细胞生物学导师
陈捷凯学位年度
2021学位授予单位
中国科学院大学语种
中文中图分类号
R3