卵巢發(fā)育和衰老的m6A 甲基化揭示RNA穩(wěn)定性和染色質(zhì)狀態(tài)調(diào)控
瀏覽次數(shù):225 發(fā)布日期:2024-10-29
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卵巢是女性重要的生殖器官,也是最早表現(xiàn)出衰老跡象的器官之一,通常在35歲左右開始,卵巢衰老(ovarian aging,OA)是導(dǎo)致與年齡相關(guān)的不孕問題的重要因素,包括卵泡數(shù)量和卵子質(zhì)量的逐漸下降,對女性生育能力構(gòu)成威脅。m6A是一種普遍存在的RNA表觀遺傳修飾,已在多種生理和病理背景下顯示出重要作用。m6A與組蛋白修飾之間的調(diào)控機(jī)制以及m6A在卵巢發(fā)育和衰老中的作用尚不清楚。
2024年10月15日,南京醫(yī)科大學(xué)黃伯賢團(tuán)隊以“The N6-methyladenosine landscape of ovarian development and aging highlights the regulation by RNA stability and chromatin state”為題在老年病學(xué)高分SCI《Aging Cell》上發(fā)表科研成果,研究通過m6A MeRIP-seq等實驗揭示卵巢發(fā)育和衰老過程中N6-甲基腺苷(m6A)甲基化譜,闡明了m6A修飾在OA進(jìn)展中的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制。
標(biāo)題:The N6-methyladenosine landscape of ovarian development and aging highlights the regulation by RNA stability and chromatin state(卵巢發(fā)育和衰老的m6A 甲基化譜揭示RNA穩(wěn)定性和染色質(zhì)狀態(tài)調(diào)控)
期刊:Aging Cell
影響因子:8
技術(shù)平臺:MeRIP-seq等
研究首先通過m6A甲基化測序技術(shù)MeRIP-seq揭示了m6A修飾在卵巢衰老(OA)過程中高表達(dá),這與m6A去甲基化酶FTO減少和m6A甲基化酶METTL16過表達(dá)相關(guān)。接下來,作者利用FTO基因敲除(KO)小鼠模型和KGN細(xì)胞系的研究,同樣揭示了FTO缺失和METTL16過表達(dá)顯著增加了m6A修飾水平。這些變化會導(dǎo)致甲基轉(zhuǎn)移酶SUV39H1下調(diào),進(jìn)而下調(diào)H3K9me3表達(dá)。SUV39H1和H3K9me3的下調(diào)主要激活了LTR7和LTR12,隨后激活ERV1,從而導(dǎo)致細(xì)胞增殖減少,而OA中的細(xì)胞凋亡、細(xì)胞衰老標(biāo)志物和自噬標(biāo)志物水平顯著增加。總之,本研究為m6A在調(diào)控DNA表觀遺傳學(xué)中的角色提供了有趣的見解,包括H3K9me3和TEs,以及自噬,從而加速OA。
研究方法:
研究使用了多種技術(shù),包括m6A RNA免疫沉淀測序(MeRIP-seq)、基因敲除(KO)、過表達(dá)(OE)和敲低(KD)等方法。
- 采用m6A RNA免疫沉淀測序(MeRIP-seq)分析10個人卵巢樣本的m6A修飾水平。
- 使用FTO-KO小鼠模型和KGN細(xì)胞系來研究FTO缺失和METTL16過表達(dá)對m6A水平的影響。
- 通過western blot、免疫熒光染色、電子顯微鏡分析等技術(shù)來評估卵巢功能和衰老標(biāo)志物。
結(jié)果圖形
(1)卵泡發(fā)育和OA中m6A轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)的整體差異分析
研究者對10個人類卵巢樣本進(jìn)行了m6A-MeRIP-seq分析,這些樣本被分為四個階段:胎兒期(Fet)、年輕期(Yng)、老年期(Old)和絕經(jīng)期(Mop)。
圖1:在人卵巢不同階段的轉(zhuǎn)錄組m6A的整體差異分析。
(a) 人卵巢動態(tài)微觀結(jié)構(gòu)和m6A MeRIP-seq測序示意圖。
(b) 人卵巢匹配樣本間m6A水平的皮爾遜相關(guān)熱圖。
(c) 在人卵巢不同階段富集的m6A峰值和基因數(shù)量。
(d) 在卵巢發(fā)育(OD,從胎兒期到年輕期)、卵巢功能下降(OFD,從年輕期到老年期)和卵巢衰老(OA,從老年期到絕經(jīng)期)期間獲得和丟失m6A的基因數(shù)量。
(e) 在OD、OFD和OA期間獲得和丟失的m6A峰值數(shù)量。
(f) OD、OFD和OA期間m6A基因表達(dá)水平箱線圖。
(g) OD、OFD和OA期間mRNA表達(dá)水平的箱線圖。
(h) OD、OFD和OA期間重疊的m6A和mRNA水平的系數(shù)相關(guān)性分析。
(i) OD、OFD和OA階段差異表達(dá)的m6A基因的維恩圖(p<0.05)。
(j) OD、OFD和OA階段比較207個基因的m6A和mRNA水平。
(k) 模糊C均值聚類鑒定了m6A基因的四種不同的時間模式。x軸代表四個階段,而y軸代表每個階段的log2轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)度比率。
(2)在極端卵巢衰老期間,N6-甲基腺苷(m6A)在內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒(ERVs)上的高富集情況
圖2:在四個不同階段的逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA的m6A甲基化和轉(zhuǎn)錄組分析概況。
(a, b) 在胎兒期(Fet)、年輕期(Yng)、老年期(Old)和絕經(jīng)期(Mop)中,逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA的m6A和轉(zhuǎn)錄組的表達(dá)水平。
(c) 人卵巢匹配樣本之間逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA的m6A水平的皮爾遜相關(guān)熱圖。
(d) 在四個組中,帶有m6A修飾的不同類型逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA的百分比。
(e) 相鄰階段之間帶有和不帶有m6A修飾的逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA的維恩圖。
(f) 在卵巢發(fā)育(OD)、卵巢功能下降(OFD)和卵巢衰老(OA)期間,常見逆轉(zhuǎn)錄病毒與m6A和RNA表達(dá)水平之間的相關(guān)性分析。
(g) 在OD、OFD和OA期間逆轉(zhuǎn)錄病毒中m6A和RNA表達(dá)水平的箱線圖。
(h) 在胎兒期、年輕期、老年期和絕經(jīng)期中,ERV1、ERVL-MaLR和ERVL的m6A RIP和input信號的平均概況。
(3)FTO基因敲除介導(dǎo)m6A修飾增加,進(jìn)而影響自噬通量和卵巢衰老(OA)。
圖3:FTO基因敲除(FTO-KO)影響卵母細(xì)胞(卵泡)發(fā)育潛力。
(a–c) 來自FTO-KO和野生型(WT)小鼠的GV期和MII期卵母細(xì)胞的數(shù)量。
(d) FTO-KO和WT卵母細(xì)胞中γ-H2AX(紅色)和FTO(綠色)的染色圖像。
(e) FTO-KO和WT卵母細(xì)胞中每個卵母細(xì)胞的γ-H2AX焦點(diǎn)數(shù)量(***p<0.001)。
(f) FTO-KO和WT卵母細(xì)胞中染色體(紅色)和紡錘體(綠色)的染色圖像。
(g) FTO-KO和WT卵母細(xì)胞中紡錘體和染色體缺陷的百分比(***p<0.001)。
(h) FTO-KO和WT小鼠的卵巢大小。
(i) FTO-KO和WT小鼠卵巢重量與體重的比例(***p<0.001)。
(j) FTO-KO和WT卵巢的HE染色(比例尺,500微米)。
(k, l) FTO-KO和WT組中FTO(紅色)、VASA(綠色)和GDF9(綠色)的相對熒光素酶活性(***p<0.001)。
(4)FTO基因敲除誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡并調(diào)控逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA的m6A水平
圖4:FTO基因敲除(FTO-KO)介導(dǎo)細(xì)胞凋亡并影響逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA m6A水平。
(a) 六月齡FTO-KO和野生型(WT)小鼠卵巢中總RNA樣本的m6A斑點(diǎn)印跡。
(b) FTO-KO和WT小鼠之間m6A修飾基因的維恩圖。
(c) FTO-KO組與WT小鼠相比的特異性m6A修飾基因皮爾遜相關(guān)性熱圖。
(d) FTO-KO和WT小鼠中4232個重疊基因在啟動子區(qū)域的m6A信號強(qiáng)度。
(e) FTO-KO和WT小鼠中4232個重疊基因的mRNA表達(dá)水平的箱線圖。
(f) 火山圖顯示FTOKO和WT小鼠中差異表達(dá)的m6A基因。x軸代表log2轉(zhuǎn)換的倍數(shù)變化,而y軸代表log10標(biāo)準(zhǔn)化的p值。
(g) 312個差異表達(dá)的m6A修飾基因的GO分析。
(h, i) 在Wnt和凋亡信號通路中m6A和mRNA水平的皮爾遜相關(guān)系數(shù)。
(j, k) FTO-KO和WT小鼠中切割Caspase 9和Bad的蛋白表達(dá)(*p<0.05, ***p<0.001)。
(l) FTO-KO和WT小鼠中ERV1的m6A RIP和input信號的平均概況。
(5)FTO基因敲除調(diào)控卵巢衰老(OA)中的SUV39H1-H3K9me3-ERV軸
圖5:FTO基因敲低(FTO-KD)在卵巢衰老期間影響了SUV39H1-H3K9me3-ERV軸。
(a, b) FTO-KD和空載體(EV)KGN細(xì)胞系中FTO蛋白的表達(dá)(***p<0.001)。
(c, d) FTO-KD和EV組新合成RNA的熒光素酶強(qiáng)度信號(***p<0.001)。
(e) FTO-KD和EV組中m6A修飾基因的皮爾遜相關(guān)性熱圖。
(f) FTO-KD和EV組中差異表達(dá)的m6A基因散點(diǎn)圖。
(g) FTO-KD和EV組中差異表達(dá)的m6A修飾基因的GO分析。
(h, i) FTO-KD和EV KGN細(xì)胞系中H3K9me3蛋白的表達(dá)(*p<0.05)。
(j) FTO-KD和EV組中差異TEs上的H3K9me3信號的平均值。
(k) FTO-KD和EV組中增加和減少的TEs上的H3K9me3信號。
(l) FTO-KD和EV組中增加的ERVK、ERV1和ERVL上的H3K9me3信號的平均值。EV,empty vector。
(6)METTL16過表達(dá)在卵巢衰老(OA)中調(diào)控SUV39H1-H3K9me3-ERV軸。
圖6:METTL16過表達(dá)在卵巢衰老中調(diào)控SUV39H1-H3K9me3-ERVs軸。
(a, b) M16-OE和EV KGN細(xì)胞系中METTL16蛋白的表達(dá)(***p < 0.001)。
(c, d) M16-OE和EV組新合成RNA的熒光素酶強(qiáng)度信號(***p < 0.001)。
(e) M16-OE和EV組中m6A修飾基因的皮爾遜相關(guān)性熱圖。
(f) M16-OE和WT組中差異表達(dá)的m6A基因散點(diǎn)圖。
(g) M16-OE和EV組中差異表達(dá)的m6A修飾基因的GO分析。
(h, i) M16-OE和EV KGN細(xì)胞系中H3K9me3蛋白的表達(dá)(**p < 0.01)。
(j) M16-OE和EV組中差異TEs上的H3K9me3信號的平均值。
(k) M16-OE和EV組中增加和減少的TEs上的H3K9me3信號。
(l) M16-OE和EV組中增加的ERVK、ERV1和ERVL上的H3K9me3信號的平均值。
(7)m6A高甲基化誘導(dǎo)ERV1激活,從而導(dǎo)致卵巢衰老(OA)。
圖7:由m6A高甲基化誘導(dǎo)的ERV1激活是卵巢衰老的誘導(dǎo)因子。
(a) FTO-KD和M16-OE組中差異表達(dá)的m6A修飾基因(p<0.05)的維恩圖分析。
(b) FTO-KD組中前三大m6A motif。
(c) FTO-KD和M16-OE組在不同基因組區(qū)域共有m6A峰值比例。
(d) M16-OE和FTO-KD細(xì)胞系中共有增加的TEs上的H3K9me3信號平均值。
(e) M16-OE和FTO-KD細(xì)胞系中共有減少的TEs上的H3K9me3信號平均值。
(f) FTO-KD組中差異表達(dá)的TEs的散點(diǎn)圖。
(g) FTO-KD組中表達(dá)變化的七個ERV1亞家族,其FC>2。
(h,i) sgLTR12和sgLTR7細(xì)胞中增殖標(biāo)記KI67的免疫熒光染色(***p<0.001)。
(j,k) sgLTR12和sgLTR7細(xì)胞中衰老標(biāo)記SA-β-gal的染色結(jié)果(***p<0.001)。
(l,m) sgLTR12和sgLTR7細(xì)胞中衰老蛋白p21和p53的表達(dá)(*p<0.05, **p<0.01)。
研究局限:
FTO作為一種RNA去甲基化酶,可以去除如N6-甲基腺苷(m6A)、N6-2-O-二甲基腺苷(m6Am)和N1-甲基腺苷(m1A)這樣的甲基基團(tuán)。本研究僅集中研究了FTO通過m6A修飾調(diào)控卵巢衰老(OA)的機(jī)制。未來的研究可以更深入地探討FTO如何影響m6Am和m1A修飾,以闡明這一生理過程的多方面特征。
參考文獻(xiàn):
Hu X, Lu J, Ding C, Li J, Zou Q, Xia W, Qian C, Li H, Huang B. The N6-methyladenosine landscape of ovarian development and aging highlights the regulation by RNA stability and chromatin state. Aging Cell. 2024 Oct 15:e14376. doi: 10.1111/acel.14376. PubMed PMID: 39410722.