华中阜外医院团队揭示m6A修饰在动脉粥样硬化中的作用

【字体: 时间:2020年09月17日 来源:生物通

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  郑州大学华中阜外医院等机构的研究人员深入研究了m6A修饰在内皮细胞炎症反应中的作用和机制及其对动脉粥样硬化发展的影响。他们发现,甲基转移酶METTL14通过增强m6A修饰而促进FOXO1的表达,进而诱导内皮细胞炎症反应以及动脉粥样硬化斑块形成。

  

动脉粥样硬化(atherosclerosis)是心血管系统最常见的疾病之一,对人类健康有严重危害。内皮细胞炎症反应作为动脉粥样硬化的第一步,会导致内皮细胞的通透性增加、屏障功能受损以及粘附分子的表达,促使单核细胞迁移并粘附于血管内皮表面,进而引发动脉粥样硬化的发生和发展。

N6-甲基腺嘌呤(m6A)修饰是真核生物中最常见且最丰富的RNA修饰。近期的研究表明,m6A修饰在许多生物学过程中发挥重要作用,包括发育、代谢和繁殖。至于m6A在动脉粥样硬化中发挥什么作用,目前的研究还很有限,其潜在机制有待阐明。

为此,郑州大学华中阜外医院等机构的研究人员深入研究了m6A修饰在内皮细胞炎症反应中的作用和机制及其对动脉粥样硬化发展的影响。他们发现,甲基转移酶METTL14通过增强m6A修饰而促进FOXO1的表达,进而诱导内皮细胞炎症反应以及动脉粥样硬化斑块形成。

这项成果于近日发表在《Theranostics》杂志上。它首次证明了m6A修饰在内皮细胞炎症和动脉粥样硬化发展中的作用,显示METTL14可作为预防和治疗动脉粥样硬化的潜在靶点。

METTL14修饰了FOXO1的mRNA

在这项研究中,研究人员首先构建了TNF-α诱导的内皮细胞炎症模型,并评估了m6A修饰相关蛋白的表达变化,以确定参与此过程的主要因素。qRT-PCR和western blot结果显示,甲基转移酶METTL14在TNF-α诱导的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)中显著上调(图1)。同样地,METTL14在动脉粥样斑块内皮细胞中的表达也显著上调。

 
图1. METTL14在TNF-α诱导的内皮细胞中显著上调

接着他们发现,在TNF-α诱导的内皮细胞中,聚腺苷酸化RNA的m6A/A的比例增加,而METTL14的敲低抑制了这个比例的增加。此外,TNF-α处理和METTL14过表达可提高粘附分子VCAM-1和ICAM-1的表达水平。有意思的是,METTL14促进VCAM-1和ICAM-1表达的机制却独立于m6A修饰机制。

那么,METTL14通过何种机制来调控VCAM-1和ICAM-1介导的单核细胞粘附?为了确定背后的机制,研究人员通过甲基化RNA免疫沉淀测序(MeRIP-seq)来鉴定m6A修饰的mRNA。他们将注意力集中在转录因子FOXO1上,因为在内皮细胞炎症期间,FOXO1的m6A修饰显著增加。


图2. METTL14修饰FOXO1 mRNA

如图2所示,TNF-α刺激增加了METTL14与FOXO1 mRNA之间的关联,并促进了FOXO1 mRNA的m6A修饰。METTL14的敲低则部分减弱了TNF-α诱导的FOXO1表达。这些结果表明,METTL14介导的FOXO1 m6A修饰促进了内皮细胞中FOXO1表达上调。

YTHDF1通过识别m6A修饰位点来促进FOXO1翻译

m6A修饰对蛋白表达的调控通常是通过调节mRNA的稳定性或促进其翻译。研究人员发现,TNF-α刺激和METTL14敲低对FOXO1 mRNA的稳定性没有明显影响,故推测调控作用取决于翻译。RNA免疫沉淀(RIP)分析表明,m6A阅读器蛋白YTHDF1可直接与FOXO1 mRNA结合。

通过多核糖体分离分析,他们证实了TNF-α刺激显著增强了FOXO1 mRNA的翻译能力,并且在敲低YTHDF1后,这种作用被显著抑制。RIP分析结果表明3′-UTR区域是真正的m6A修饰位点。这一区域若发生突变,则TNF-α刺激不会促进m6A修饰,也不会增强YTHDF1的结合。这些结果表明,METTL14直接与FOXO1 mRNA结合并增加其m6A修饰,随后通过YTHDF1的识别来促进FOXO1翻译。

METTL14与FOXO1合作促进粘附因子的转录

尽管METTL14发挥酶促作用增强m6A修饰,但它是否促进VCAM-1和ICAM-1的转录呢?研究人员从HUVEC细胞中沉淀了内源性METTL14蛋白复合物,并开展质谱分析。结果表明,METTL14还与FOXO1形成复合物。通过后续的细胞学实验,他们进一步证实,TNF-α处理可诱导FOXO1- METTL14复合物与VCAM-1和ICAM-1启动子结合,激活这些粘附因子的转录,从而介导内皮细胞炎症反应。


图3. METTL14与FOXO1合作促进粘附因子的转录

METTL14表达的降低明显抑制动脉粥样硬化

为了进一步研究METTL14对体内动脉粥样硬化的影响,他们委托赛业生物构建了METTL14杂合型基因敲除小鼠(因为METTL14基因敲除可导致小鼠在胚胎期死亡)。与对照小鼠相比,METTL14基因敲除显著降低了动脉粥样硬化斑块的形成。体内实验再次证实,METTL14通过调节小鼠FOXO1的表达来抑制动脉粥样硬化的发展。

小结


图4. METTL14介导的m6A修饰影响动脉粥样硬化的机制

这项研究从表观遗传学的角度探索了内皮细胞炎症的调控机制。“我们的结果证实了METTL14可通过对FOXO1的m6A修饰来增强其翻译,从而增强粘附分子的表达,并介导内皮-单核细胞粘附,参与动脉粥样硬化的发展。另一方面,METTL14还与FOXO1发生相互作用,增强FOXO1介导的粘附分子转录,”作者在文中写道。

他们指出,这是首次研究m6A修饰在动脉粥样硬化中的作用。这项研究证明了METTL14在体内和体外对内皮细胞炎症和动脉粥样硬化的作用,有望为动脉粥样硬化的预防和治疗提供新思路。(生物通 余亮)

原文检索

Jian D, Wang Y, Jian L, Tang H, Rao L, Chen K, Jia Z, Zhang W, Liu Y, Chen X, Shen X, Gao C, Wang S, Li M. METTL14 aggravates endothelial inflammation and atherosclerosis by increasing FOXO1 N6-methyladeosine modifications. Theranostics 2020; 10(20):8939-8956. doi:10.7150/thno.45178.

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