RNA m6A去甲基化酶ALKBH5在小鼠小脑发育过程中的功能研究

来源 :北京协和医学院中国医学科学院 北京协和医学院 中国医学科学院 清华大学医学部 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sksliuxin6
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N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine,m6A)是mRNA上含量最为丰富的一种可逆的化学修饰,调控了mRNA选择性剪接、出核、翻译和降解的过程。研究发现m6A在小鼠脑中含量丰富,参与了哺乳动物的记忆形成和大脑皮质、海马的神经发育过程,且在大脑皮质和小脑中有独特的甲基化模式和功能,但在小脑发育过程中的作用目前并不清楚。  在本课题中,首先检测了RNA m6A甲基转移酶和去甲基化酶在野生型小鼠小脑发育过程中四个时间点的表达谱,发现这些酶在小脑发育过程中表达下降,由此推断这些酶在小脑发育过程中发挥了重要的调控作用。ALKBH5是目前未在脑中有所研究报道的去甲基化酶,为了探究其在小脑发育过程中的作用,利用Alkbh5敲除小鼠模型进行小脑表型分析,但是与野生型小鼠相比,在Alkbh5敲除小鼠小脑中没有发现明显的差异。考虑到其中可能存在代偿作用,为了减弱代偿带来的效应,又利用低压低氧刺激的Alkbh5敲除小鼠模型进行了小脑表型分析,发现与野生型小鼠相比,在低压低氧刺激下,Alkbh5敲除小鼠小脑不仅体积变小,皮质结构发育也出现异常,具体表现在增殖细胞数量增多,处于细胞周期G2/M期细胞数量增多,成熟颗粒神经元数量减少,浦肯野细胞和星形胶质细胞结构紊乱。  ALKBH5作为m6A的去甲基化酶,对于m6A的平衡有调控作用。为了进一步探究m6A是否参与了小脑发育过程中细胞增殖、分化的调控,对低压低氧刺激的Alkbh5敲除小鼠进行m6A-seq分析,结果发现Alkbh5敲除小鼠相比于野生型小鼠,整体甲基化水平升高,同时也有一些RNA甲基化水平下降。对甲基化异常的RNA进行功能分析发现,这些RNA在小鼠小脑发育过程中出现了过早或不及时的甲基化,其中RNA甲基化水平升高的基因富集的功能主要是代谢、转运等发生在小脑发育后期的过程,而RNA甲基化水平降低的基因参与的主要是细胞分裂、细胞周期等在小脑发育早期发挥主要作用的过程。对甲基化异常的RNA进行进一步机制上的探索,发现部分甲基化水平升高的RNA出核加快。  综上所述,本课题发现ALKBH5通过改变m6A水平调控了小鼠小脑中特定类型RNA的出核从而影响了小脑发育;本课题组前期还分析了P7、P14、P21、P60四个时间点的野生型小鼠小脑的甲基化谱,发现m6A在小脑发育过程中呈现动态变化且具有时间特异性;另外,前期还通过慢病毒原位注射小鼠小脑干扰m6A甲基转移酶METTL3表达,发现小脑的浦肯野细胞和星形胶质细胞结构发生紊乱。三部分结果揭示了m6A的平衡对小鼠小脑的正常发育至关重要,为探索m6A的生物学功能提供了新思路。
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