罗大极/刘木根/张贤钦团队揭示RNA甲基转移酶Mettl16调控HSPCs细胞周期的新机制

2024年4月11日，中国科学院水生生物研究所罗大极团队和华中科技大学刘木根团队在EMBO Journal上发表题为“A Mettl16/m6A/Mybl2b/Igf2bp1 axis ensures cell cycle progression of embryonic hematopoietic stem and progenitor cells”的研究论文，该研究揭示了RNA甲基转移酶Mettl16基于m6A调控HSPCs细胞周期中G1/S期进程和增殖的新机制。罗大极团队主要研究鱼类性反转的RNA调控机制与遗传育种，前期与华中科技大学刘木根团队建立斑马鱼bcas2基因敲除突变体，意外发现bcas2突变体造血干祖细胞（HSPCs）表型早于性腺出现，进而解析了剪接体组分bcas2在HSPCs中的新功能与机制 [4]。这是继该团队报道首个剪接体重要组分bcas2调控HSPCs增殖与分化的新机制后 [5]，又深入从RNA修饰层面揭示RNA甲基化修饰精准调控HSPCs增殖的新机制。

Mettl16是新发现的mRNA甲基转移酶，由于胚胎致死效应，这一重要的m⁶A转移酶在早期胚胎发育中的生理功能和作用机制尚不清楚 [6]。mettl16也是罗大极团队前期ASER数据库中发掘的SRGs之一 [7]。为探索RNA的N6-甲基腺苷修饰（N6-methyladenosine，m⁶A）在胚胎HSPCs中的作用，该团队首先分析人类、小鼠和斑马鱼的单细胞RNA数据 [2] ，跨物种的联合分析显示 HSPCs中METTL16的表达水平显著高于METTL家族中的其他m⁶A甲基转移酶，METTL16在HSPCs中的表达也明显高于下游分化的血细胞。这些都提示METTL16在脊椎动物胚胎HSPCs中发挥着关键作用。

为进一步探索METTL16在脊椎动物胚胎HSPCs中的功能与机制，该团队利用斑马鱼模式生物优势构建了mettl16基因敲除的斑马鱼，发现mettl16纯合突变体28 hpf时在主动脉-性腺-中肾(aorta-gonad-mesonephros, AGM)区域的HSPCs生成正常；60 hpf时，HSPCs也能正确迁移到尾部造血组织（Caudal Hematopoietic Tissue，CHT）。但是，3 dpf时观察到了mettl16纯合突变体CHT中HSPCs数目减少，并且在4 dpf和5 dpf时HSPCs缺陷更趋严重。这些数据表明mettl16^-/-胚胎HSPCs 缺陷起始于尾部造血组织CHT区域（图1）。

在排除了HSPCs维持缺陷是由于过度分化或凋亡的可能性后，发现mettl16纯合突变体CHT区域HSPCs存在细胞周期阻滞，进一步通过流式细胞术等揭示了mettl16缺陷胚胎HSPCs更多的停留在G0/G1期。又通过系列实验再次排除了mettl16通过影响DNA损伤和P53信号通路参与细胞周期调控。METTL16是新发现的RNA甲基转移酶，通过催化U6剪接体核内小RNA（snRNA）的甲基化修饰参与mRNA的剪接调控 [8]。近期也有报道METTL16在体外肝癌细胞中存在非依赖m⁶A修饰的调控功能 [9]。因此，该团队重点关注了METTL16到底是通过m⁶A-依赖的或m6A-非依赖的方式调控HSPCs细胞周期。通过m⁶A-seq和RNA-seq比较分析野生型胚胎和mettl16缺陷胚胎发掘若干潜在靶标后，该团队鉴定了mettl16在胚胎HSPCs中的一个新的重要的功能性靶标分子mybl2b（图2）。

图2 mybl2b是HSPCs细胞中Mettl16的一个重要功能靶点

该团队继续探究mettl16调控mybl2b表达的分子机制，发现mettl16缺失导致mybl2b mRNA的加速降解。m⁶A修饰对特定mRNA的影响往往由被称为m⁶A读取器的特异m⁶A结合蛋白介导。进一步解析发现Igf2bp1是介导Mettl16对mybl2b mRNA稳定性的m⁶A读取器。由此，该研究发现mettl16的一个重要功能靶点mybl2b，Mettl16通过m⁶A读取器Igf2bp1调节mybl2b的mRNA稳定性，进而调控HSPCs细胞周期进展过程。最后，还验证了METTL16/m⁶A/MYBL2/IGF2BP1信号轴在G1/S期进展中的保守功能。

中国科学院水生所罗大极研究员、华中科技大学刘木根教授和张贤钦教授为该论文的共同通讯作者，博士研究生韩云巧、孙奎、武汉科技大学于珊珊副教授和湖北省妇幼保健院秦亚运博士为本论文的共同第一作者。美国贝克曼希望之城研究所陈建军教授，武汉大学张好建教授，华中科技大学王擎教授，湖北省妇幼保健院宋婕萍教授和水生所刘飞副研究员等参与了该研究。该研究得到了中国科学院BR计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。

参考文献：

2. Xia J, Kang Z, Xue Y, Ding Y, Gao S, Zhang Y, Lv P, Wang X, Ma D, Wang L, Han JJ, Liu F. (2021) A single-cell resolution developmental atlas of hematopoietic stem and progenitor cell expansion in zebrafish. Proc Natl Acad Sci U S A. 118:e2015748118.

6. Mendel M, Chen KM, Homolka D, Gos P, Pandey RR, McCarthy AA, Pillai RS. (2018) Methylation of Structured RNA by the m6A Writer METTL16 Is Essential for Mouse Embryonic Development. Mol Cell. 71:986-1000.

8. Pendleton K, Chen B, Liu K, Hunter OV, Xie Y, Tu BP, Conrad NK (2017) The U6 snRNA m(6)A methyltransferase METTL16 regulates SAM synthetase intron retention. Cell. 169:824–835