Nature Aging：刘光慧团队合作揭示 RNA m6A 修饰调控器官老化的分子机制
丁香学术
m6A 是目前已知的真核细胞 mRNA 上最为常见的一类化学修饰，它的建立、读取和擦除分别受到相应甲基化酶（writer）、结合蛋白（reader）以及去甲基化酶（eraser）的动态可逆调控。研究表明，m6A 能够通过调节 mRNA 的剪接、出核、稳定性以及翻译等生命周期活动，参与调控机体的诸多生理或病理进程，包括胚胎发育、肿瘤以及神经退行性疾病的发生等。然而，在生理性衰老过程中，m6A 对于器官稳态维持的调控作用以及关键分子机制均有待阐明。
2023 年 4 月 6 日，中国科学院动物研究所刘光慧研究组、曲静研究组联合中国科学院北京基因组研究所慈维敏研究组以及张维绮研究组在 Nature Aging 杂志在线发表了题为 m6A epitranscriptomic regulation of tissue homeostasis during primate aging 的研究论文。该研究利用非人灵长类动物（食蟹猴）生理性衰老的多器官研究模型，同时结合基于基因编辑和人类干细胞定向分化的研究体系，通过系统绘制器官和细胞衰老过程中 RNA m6A 修饰的动态图谱，解析了 RNA 甲基化修饰及相关基因表达稳态的变化规律，并深入阐释了 METTL3–m6A–NPNT 通路调控骨骼肌衰老的新型机制。
图 1：敲除 METTL3 导致人肌管细胞萎缩
在这项工作中，研究人员通过对年轻和年老食蟹猴的肝脏、骨骼肌和心脏进行系统的组织学分析发现，脂肪蓄积增加、炎症因子上调以及核纤层蛋白 Lamin B1 下调是三种组织衰老的共性特征；此外还发现骨骼肌中的凋亡细胞增加、肌纤维萎缩、以及心脏中的心肌纤维肥大等组织特异的衰老相关退行性变化。
随后，通过联合分析三种组织的 m6A 表观修饰图谱及相应的转录组图谱，研究人员揭示了 m6A 修饰和基因表达稳态之间的相关性以及不同组织共性和特性的衰老调控规律。相较于肝脏和心脏，研究人员在骨骼肌中特异性地检测到了整体 m6A 修饰的减少以及核心甲基化酶 METTL3 表达水平的降低。进而通过 CRIPSR/Cas9 技术，研究人员建立了由人类胚胎干细胞衍生的 METTL3 敲除的肌管细胞，发现 METTL3 的缺失导致肌管细胞发生萎缩、凋亡以及加速衰老等退行性变化，与衰老骨骼肌的表型一致。
进一步的机制研究揭示了 NPNT 作为 METTL3 的下游效应因子发挥维持骨骼肌细胞稳态的作用，而慢病毒载体介导的 METTL3 或 NPNT 回补表达均能一定程度上延缓人类肌管细胞的衰老。最后，通过 METTL3 酶活抑制剂处理以及 METTL3 酶活突变体过表达等相关实验，研究人员证实了 METTL3 通过 m6A 催化活性依赖的方式促进 NPNT 的表达以及维持肌管细胞的稳态，并且发现 m6A 结合蛋白 IGF2BP1 可以结合并稳定受到 m6A 修饰的 NPNT mRNA。
图 2：METTL3-m6A-NPNT 通路调控灵长类骨骼肌衰老
综上所述，该研究系统揭示了三种重要的灵长类器官/组织在生理性衰老过程中的动态 m6A 修饰变化及其与基因表达稳态的关系，并且深入阐明了 METTL3–m6A–NPNT 通路维持人类骨骼肌稳态的作用和机制。研究深化了人们对 RNA m6A 修饰参与维持人类器官功能稳态的认识以及对衰老的表观转录调控机理的理解，为研究骨骼肌衰老提供了一个有效整合灵长类器官模型和人类干细胞衍生物体系的系统性平台，同时也为延缓骨骼肌衰老或防治与年龄相关的骨骼肌退行疾病（如肌少症）提供了潜在的分子靶标和干预策略。
图 3. METTL3 通过 RNA m6A 修饰调控衰老
该工作由中国科学院动物研究所、中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）、中国科学院干细胞与再生医学创新研究院、首都医科大学宣武医院等多家机构合作完成。中国科学院动物研究所刘光慧研究员、中国科学院北京基因组研究所慈维敏研究员和张维绮研究员、以及中国科学院动物研究所曲静研究员为文章的共同通讯作者。中国科学院动物研究所特别研究助理武泽明、中国科学院北京基因组研究所博士研究生路明明、中国科学院动物研究所硕士研究生刘迪、中国科学院北京基因组研究所史悦副研究员、任捷研究员以及首都医科大学宣武医院王思研究员为文章的并列第一作者。该研究同时得到了中国科学院北京基因组研究所杨运桂研究员、肖景发研究员以及中国科学院动物研究所魏妥研究员的合作与支持。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s43587-023-00393-2
