eLife︱陈舒怡团队首次揭示神经祖细胞与神经胶质细胞状态转换的m6A表观转录调控机制

撰文︱辛艳玲

责编︱王思珍，方以一

编辑︱王思珍

神经胶质细胞是神经组织中的重要支持细胞，和神经元一样都是由神经祖细胞/干细胞分化而来。近年越来越多的研究揭示神经胶质细胞与神经祖细胞/干细胞的相似性，激发人们开发神经胶质细胞再生治疗神经退行性疾病潜能的热情。但是，神经祖细胞/干细胞与神经胶质细胞状态转换的调控机制仍有待深入研究。

2022年12月2日，中山大学中山眼科中心的陈舒怡研究员团队在eLife上发表了题为“m⁶A epitranscriptomic modification regulates neural progenitor-to-glial cell  transition in the retina”的文章。作者揭示了m⁶A通过促进视网膜神经祖细胞中的特定转录本降解，促进其向Müller神经胶质细胞转换的表观转录调控机制。

在视网膜的发育过程中，所有视网膜神经元和Müller胶质细胞都由多能视网膜祖细胞（Retinal Progenitor Cell，RPC）发育而来。作为唯一的胶质细胞，Müller细胞在维持视网膜的结构、生理和功能稳态中发挥关键作用[1-2]。Müller细胞既保留了部分RPC的基因表达特征，也建立和维持了不同于RPC的独特转录组[3-5]。基于这个特点，近年来有许多研究致力于探索Müller细胞的体内重编程潜力，为治疗视网膜退行性疾病开发新的疗法[6-7]。RNA修饰是转录后调控的重要环节，参与调节转录本的代谢、定位和功能。N6-甲基腺苷（m⁶A）是mRNA中最普遍的内部修饰[8-10]。Mettl3是m⁶A甲基转移酶复合物的核心组分。为了研究m⁶A修饰在视网膜中的作用，作者首先通过Six3-Cre⁺; Mettl3^{floxed/floxed}小鼠（以下简称Mettl3-CKO小鼠）在视网膜中有效敲除了Mettl3。Mettl3敲除导致小鼠视网膜结构和功能均发生严重紊乱（图1）。

图1 Mettl3缺失会导致视网膜结构和功能异常

（图源：Yanling Xin, et al., eLife, 2022）

为了研究Mettl3调控视网膜发育的分子机制，作者对P7时的视网膜细胞进行了scRNA-seq。数据分析表明Mettl3-CKO视网膜的发育进程受到阻滞。进一步细致分群和差异基因分析表明，RPC和Müller细胞是受Mettl3敲除影响最显著的两大类细胞（图2）。

图2 Mettl3-CKO视网膜中晚期RPC和Müller细胞异常的转录组

（图源：Yanling Xin, et al., eLife, 2022）

作者接下来对野生型小鼠视网膜进行了MeRIP-seq，结果显示视网膜m⁶A峰主要分布在编码区且富集在终止密码子周围，并具有“GGACU”的保守序列；带有m⁶A修饰的基因主要富集在与视网膜发育、结构组装和视觉功能有关的生物学过程（图3）。

图3 小鼠视网膜的m⁶A表观转录组

（图源：Yanling Xin, et al., eLife, 2022）

接下来，作者进一步将scRNA-seq和MeRIP-seq数据结合起来进行综合分析，发现m⁶A修饰的转录本在突变RPC和突变Müller细胞中上调，且m⁶A修饰位点越多的基因，转录本的上调幅度越大；分析突变RPC和突变Müller细胞差异表达基因的m⁶A修饰状态发现，大多数上调基因带有m⁶A修饰。接着，作者通过AUCell对每个细胞的RPC和Müller细胞特征进行评分，定义了两类细胞：具有Müller细胞命运的晚期RPC（RPC_Müller）和刚退出细胞周期的Müller细胞（Müller  _Early），突变视网膜中带有m⁶A修饰的RPC特征基因在这两类细胞中显著提高，接近更早状态的对照组视网膜水平（图4）。这些分析表明，m⁶A修饰促进特定转录本降解，从而促进从RPC向Müller细胞转录组转换。

图4 m⁶A修饰促进RPC转录本的降解

（图源：Yanling Xin, et al., eLife, 2022）

最后，作者通过新生小鼠体内电转染技术在RPC中过表达带有m⁶A修饰的候选基因，发现这些基因的过表达导致RPC退出细胞周期受阻，并且影响了晚出生视网膜细胞的分化（图5）。这些体内实验说明：m⁶A修饰的RPC基因在视网膜发育晚期应受到精准调控。

图5 m⁶A修饰基因的过表达会扰乱晚期视网膜生成

（图源：Yanling Xin, et al., eLife, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究以Mettl3-CKO小鼠为模型，利用免疫组化、电生理、scRNA-seq、MeRIP-seq和体内电转染技术，揭示了Mettl3对晚期视网膜生成以及成熟视网膜结构和生理稳态至关重要。从机制方面分析，m⁶A修饰促进了RPC转录本的降解，从而促进视网膜神经发生的终止，并微调RPC到Müller细胞的转录组过渡，其破坏导致晚期视网膜生成异常，并损害Müller细胞的功能，从而损害了成熟视网膜的结构与生理稳态。

作为神经管的衍生物，神经视网膜与其他中枢神经系统具有很多相似的调节原理。该研究提示了m⁶A修饰可能参与调节其他神经系统中神经祖细胞到胶质细胞的转换过程，也带来了一个很有趣的思考方向，即m⁶A是否参与胶质细胞和神经元之间的细胞命运重编程。

原文链接：https://elifesciences.org/articles/79994

中山大学中山眼科中心的硕士研究生辛艳玲为本论文第一作者，中山大学中山眼科中心，眼科学国家重点实验室的陈舒怡研究员为本论文的通讯作者。

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本文完