Blood | 钱志坚/何川解析m6A阅读蛋白YTHDC1在造血发生和白血病发展进程中的新的机制 | m6A专题

转载自Bioart

N6-methyladenosine (m⁶A) 修饰是真核生物mRNA上最丰富的修饰之一，调控mRNA的代谢命运，包括稳定，降解，定位，剪接等。RNA m⁶A修饰是一个动态、可逆的调控过程，会被甲基转移酶复合体（writer）METTL3，METTL14，WTAP，RAB15/15B写入，被去甲基化酶（eraser）ALKBH5，FTO蛋白擦除。真核细胞中存在多种能够特异性识别m⁶A修饰的阅读蛋白（reader）如YTHDF1/2/3，YTHDC1/2等，通过识别RNA上的m⁶A修饰进而决定其靶基因的命运。近年来的研究发现m⁶A修饰的相关蛋白参与调控发育、免疫、分化等众多生物学过程，并且在癌症发生、发展过程中也扮演着重要的角色，由此引领了RNA 表观遗传学研究的新浪潮。目前已经有研究详细报道了m⁶A的一些相关蛋白参与调控造血发生和白血病发展进程，包括writer MTETTL3【1】，METTL14【2】；eraser FTO【3】，ALKBH5【4】；reader YTHDF2【5】等。但是YTHDC1作为唯一一个在细胞核中定位的YTH家族蛋白，能否参与造血发生和白血病发病进程尚并不明了。

2021年7月13日，佛罗里达大学的钱志坚教授团队，联合芝加哥大学何川教授团队，在Blood发表文章A Critical Role of Nuclear m⁶A Reader YTHDC1 in Leukemogenesis by Regulating MCM Complex-Mediated DNA Replication，首次使用体内实验揭示了YTHDC1蛋白参与正常造血发生和白血病发展进程中的重要作用和相关的分子机制。

研究人员首先从急性髓系白血病（AML）的病人数据库入手，发现YTHDC1在多种不同核型的AML中均显著高表达。研究者们利用shRNA在多种AML细胞系中敲低YTHDC1的表达水平，发现YTHDC1 敲低显著地抑制了AML细胞的生长，增加其凋亡和分化。随后课题组构建了多种Ythdc1敲除小鼠的AML模型，发现敲除Ythdc1可以显著抑制AML细胞在小鼠体内的生长并抑制白血病干细胞的功能，从而延长AML小鼠生存时间。进一步的研究发现在原代AML病人细胞和健康人来源的干祖细胞（CD34⁺）中抑制YTHDC1的表达，可以显著的特异性抑制AML细胞生长，而对CD34⁺影响较小。

那么Ythdc1是否参与造血发生和造血干细胞（HSC）的调控呢？研究者们敲除Ythdc1后，小鼠在3周内全部死亡，多种成熟细胞数目显著下降，造血干细胞几乎检测不到，呈现典型的急性骨髓衰竭的表型（Bone Marrow Failure） 。骨髓竞争实验显示敲除Ythdc1导致HSC功能显著下降。有趣的是，相比于Mettl3敲除的小鼠【6】，Ythdc1敲除导致的表型更为显著，这些数据提示Ythdc1在HSC中可能有非m⁶A依赖的功能。

机制方面的研究表明，YTHDC1可以调控多个参与DNA复制的和染色体调控的基因，包括MCM2/4/5和RFC1等。其中MCM4同样在多种AML中显著高表达，并且和YTHDC1的表达水平显著正相关。YTHDC1通过识别MCM4上的m⁶A修饰，结合MCM4从而稳定其mRNA。重新表达MCM4，可以显著恢复因YTHDC1缺失引起的生长抑制，凋亡和分化增加等表型。DNA fiber实验显示抑制YTHDC1的表达可以明显抑制DNA复制过程，单个DNA分子复制纤维长度显著缩短，而重新表达MCM4则可以恢复DNA复制进程，由此表明YTHDC1主要通过MCM4来介导DNA 复制调控。更为有趣的是与目前已报道的YTHDC1通过carRNA【7】，转座子【8】，染色质修饰【9】等调控细胞转录，以及通过调控mRNA选择性剪接【10】，亚细胞定位【11】，等来调控下游靶基因表达不同的是，钱志坚课题组首次发现YTHDC1可以通过特异性结合m⁶A修饰的mRNA使其稳定的方式来调控其命运，与已报道的YTHDC1功能均不相同。

综上所述，该研究阐明了YTHDC1在正常造血和白血病发生中的重要作用，深入细致的研究了Ythdc1的缺失对造血干细胞和白血病干细胞功能的影响。

值得一提的是，近期Michael G Kharas团队的程远明/谢伟博士同样撰文阐明了YTHDC1在AML中的重要作用（详见BioArt报道：Cancer Cell |程远明/谢伟等揭示细胞核内m⁶A阅读蛋白YTHDC1通过相分离调控基因表达促进AML发展的机制）。但在机制上有所不同。钱志坚/何川课题组指出MCM4是YTHDC1的重要下游，而Michael G Kharas课题组则发现YTHDC1通过相分离调节c-Myc mRNA的稳定【12】。c-Myc作为关键因子，在AML中介导着多个m⁶A相关蛋白的功能【13】。近期，钱志坚课题组利用多种体内模型，深入阐明了c-Myc在正常造血和造血干细胞功能调控中的重要作用，以及在骨髓微环境中的功能异质性。文章于2021年2月4号发表在Blood。

前期报道c-Myc完全缺失会引起HSC积累，分化受阻，但细胞周期和凋亡并未发生任何变化【14】。钱志坚课题组研究发现c-Myc单倍剂量不足引起完全不同的表型，HSC分化正常，但是静止期（G₀）显著减少，凋亡增加，自我更新能力显著下降【15】。这部分研究工作进一步支持Ythdc1的缺失对造血干细胞功能的影响也可能部分通过对c-Myc mRNA的稳定性的调控起的作用。

YTHDC1课题由佛罗里达大学钱志坚教授和芝加哥大学何川教授为共同通讯作者，盛岳和魏江博博士为共同第一作者。于方、徐焕洲、余春节、刘音博士都做出了重要贡献。c-Myc课题的工作由佛罗里达大学钱志坚教授为通讯作者，盛岳博士为第一作者。马锐，余春节等都做出了重要贡献。

原文链接：

https://ashpublications.org/blood/article-abstract/doi/10.1182/blood.2021011707/476382/A-Critical-Role-of-Nuclear-m6A-Reader-YTHDC1-in?redirectedFrom=fulltext

参考文献

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2. Weng H, Huang H, Wu H, et al. METTL14 Inhibits Hematopoietic Stem/Progenitor Differentiation and Promotes Leukemogenesis via mRNA m(6)A Modification. Cell Stem Cell. 2017.

3. Li Z, Weng H, Su R, et al. FTO Plays an Oncogenic Role in Acute Myeloid Leukemia as a N6-Methyladenosine RNA Demethylase. Cancer Cell. 2016.

4. Su R, Dong L, Li Y, et al. Targeting FTO Suppresses Cancer Stem Cell Maintenance and Immune Evasion. Cancer Cell. 2020;38(1):79-96 e11.

5. Paris J, Morgan M, Campos J, et al. Targeting the RNA m(6)A Reader YTHDF2 Selectively Compromises Cancer Stem Cells in Acute Myeloid Leukemia. Cell Stem Cell. 2019;25(1):137-148 e136.

6. Cheng Y, Luo H, Izzo F, et al. m(6)A RNA Methylation Maintains Hematopoietic Stem Cell Identity and Symmetric Commitment. Cell Rep. 2019;28(7):1703-1716 e1706.

7. Liu J, Dou X, Chen C, et al. N (6)-methyladenosine of chromosome-associated regulatory RNA regulates chromatin state and transcription. Science. 2020;367(6477):580-586.

8. Liu J, Gao M, He J, et al. The RNA m(6)A reader YTHDC1 silences retrotransposons and guards ES cell identity. Nature. 2021;591(7849):322-326.

9. Li Y, Xia L, Tan K, et al. N(6)-Methyladenosine co-transcriptionally directs the demethylation of histone H3K9me2. Nat Genet. 2020.

10. Xiao W, Adhikari S, Dahal U, et al. Nuclear m(6)A Reader YTHDC1 Regulates mRNA Splicing. Mol Cell. 2016;61(4):507-519.

11. Roundtree IA, Luo GZ, Zhang Z, et al. YTHDC1 mediates nuclear export of N(6)-methyladenosine methylated mRNAs. eLife. 2017;6.

12. Cheng Y, Xie W, Pickering BF, et al. N(6)-Methyladenosine on mRNA facilitates a phase-separated nuclear body that suppresses myeloid leukemic differentiation. Cancer Cell. 2021.

13. Qing Y, Su R, Chen J. RNA modifications in hematopoietic malignancies: A new research frontier. Blood. 2021.

14. Wilson A, Murphy MJ, Oskarsson T, et al. c-Myc controls the balance between hematopoietic stem cell self-renewal and differentiation. Genes Dev. 2004;18(22):2747-2763.

15. Sheng Y, Ma R, Yu C, et al. Role of c-Myc haploinsufficiency in the maintenance of HSCs in mice. Blood. 2021;137(5):610-623.

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