TET酶的非经典功能：果蝇飞行肌发育与衰老中催化依赖与非依赖的双重调控机制

《Skeletal Muscle》：TET exhibits enzymatic-independent and-dependent functions during Drosophila flight muscle development and aging

本研究针对TET家族酶在肌肉发育中非DNA甲基化依赖功能这一空白问题，通过果蝇模型开展TET在飞行肌发育和衰老中的功能研究。发现TET通过催化独立方式调控肌肉前体细胞扩增和肌纤维形成，而其催化活性对维持成虫运动能力和延缓肌肉衰老至关重要。该研究揭示了TET酶在肌肉生物学中的新型调控机制，为理解表观遗传调控在肌肉发育和衰老中的作用提供了新视角。

　　

在肌肉生物学研究领域，表观遗传调控机制一直是科学家们关注的焦点。Ten-Eleven Translocation（TET）家族酶作为重要的表观遗传调控因子，传统上被认为主要通过催化5-甲基胞嘧啶（5mC）氧化来调节DNA去甲基化过程。在肌肉发育和再生过程中，TET酶的作用已有不少研究，但这些研究大多集中于其催化5mCDNA的经典功能。然而，TET酶还具有不依赖于5mCDNA的非经典功能，这些功能在肌肉发育中的重要性却鲜为人知。

果蝇（Drosophila melanogaster）作为一个理想的模式生物，其基因组缺乏5mCDNA甲基转移酶，但含有一个单一的Tet基因，这为研究TET的非经典功能提供了独特机会。研究人员注意到，Tet缺失的果蝇成虫表现出翅膀"外展"表型，这通常与飞行肌缺陷相关，但缺乏TET催化活性的果蝇却不出现此表型，暗示TET可能以催化非依赖方式调控成虫肌生成。

为了深入探究TET在肌肉发育和衰老中的非经典功能，Vincent Gerdy和Emilie Plantie等研究人员在《Skeletal Muscle》杂志上发表了一项创新性研究。他们利用果蝇间接飞行肌（IFM）这一研究成熟的模型系统，通过综合运用遗传学、成像技术、转录组分析和功能实验等方法，系统评估了Tet功能丧失（使用Tet缺失突变体、Tet催化失活突变体以及Tet敲低）对果蝇从幼虫到成虫阶段间接飞行肌发育以及衰老过程的影响。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：利用Tet-GFP报告基因品系和免疫荧光技术分析TET表达模式；通过显微计算机断层扫描（μCT）和免疫染色评估肌肉形态和超微结构；采用RNA测序（RNA-seq）分析基因表达变化；使用组织特异性基因敲低（RNAi）和FLP/FRT系统进行功能丧失研究；通过蛋白质印迹、ATP定量测定和线粒体DNA含量分析评估细胞功能状态；利用寿命测定和运动能力测试（飞行和攀爬 assays）评估表型。

Tet在成虫飞行肌及其前体细胞中表达

研究发现，果蝇Tet基因编码两种主要蛋白异构体：TET-Long（类似脊椎动物TET1/3的全长异构体）和TET-Short（缺乏N端CXXC结构域，类似脊椎动物TET2）。通过GFP报告基因品系，研究人员证实TET在间接飞行肌（IFM）和直接飞行肌（DFM）的细胞核中均有表达。在幼虫翅盘中，TET在成虫肌前体细胞（AMPs）的细胞核中表达，其中TET-Short异构体的表达模式比TET-Long更广泛。转录组数据分析进一步显示，Tet表达在幼虫AMPs中最高，随着IFM分化进程而下降，成虫IFM中Tet-Short异构体比Tet-Long更丰富。

Tet是间接飞行肌形成所必需的

研究发现Tet缺失导致IFM形成严重受损。Tet突变体成虫的背纵肌（DLM）数量减少，肌纤维萎缩，肌原纤维排列紊乱。显微CT分析显示Tet突变体肌纤维束分离不良，肌肉体积显著减少。免疫染色显示肌节蛋白（如肌球蛋白重链Mhc和Kettin）定位异常，形成不连续的聚集体。在Tet缺失的蛹中，约30%已经出现严重的肌纤维缺陷，表明TET对IFM的正常发育和组织构建至关重要。

Tet缺失强烈影响IFM基因表达程序

通过对96小时APF蛹期IFM的转录组分析，发现Tet缺失导致1110个基因上调和534个基因下调。上调基因主要富集在突触组织和信号传导相关类别，而下调基因则与角质层形成、细胞外基质组织和线粒体功能相关。蛋白质互作网络分析显示，Tet缺失破坏了功能相关编码基因的表达协调性。同时，多个参与肌节组装或维持的基因表达异常，线粒体核糖体基因表达下降，线粒体DNA含量轻微减少。此外，TET缺失还导致DLM神经支配模式紊乱，神经元分支覆盖度显著增加。

Tet调控AMP发育

幼虫翅盘转录组分析显示，Tet缺失导致226个基因下调和159个基因上调，其中14个AMP标志基因下调，包括Notch信号通路直接靶标基因。免疫染色证实Tet缺失导致表达Twi、Him-GFP、E(spl)m6-BFM-GFP和Zfh1的AMP数量显著减少。从幼虫发育早期开始，Zfh1阳性AMP的扩增就受到损害，但细胞增殖和凋亡未见明显变化。通过FLP/FRT系统生成的Tet缺失克隆分析证实，TET以细胞自主方式调控AMP数量。

TET以酶活性非依赖方式调控飞行肌发育

尽管Tet催化死亡（TetCD）突变体成虫出现严重的飞行和攀爬缺陷，但肌肉组织学分析显示其IFM组织无重大异常，DLM数量正常，肌节蛋白定位、线粒体形态和神经支配模式均未受影响。转录组分析表明，TET催化活性缺失仅导致115个基因表达改变，与Tet完全缺失引起的表达变化重叠很少。这些结果强烈表明TET主要通过催化非依赖方式调控IFM发育。

TET催化活性在防止飞行肌衰老中起关键作用

TetCD突变体寿命显著缩短，表现为早衰现象。随着年龄增长，TetCD果蝇IFM中多聚泛素化蛋白聚集物积累增加，自噬受体Ref(2)P水平升高，表明蛋白质稳态失衡。这些发现说明TET催化活性对于延缓肌肉衰老和维持蛋白质稳态至关重要。

TET在AMPs和CNS中的表达有助于果蝇运动能力

组织特异性基因敲低实验显示，在AMPs（使用kirre-GAL4或R32D05-GAL4驱动子）或中枢神经系统（使用nSyb-GAL4驱动子）中敲低Tet表达，均导致成虫飞行和攀爬能力缺陷，且这种缺陷随年龄增长而加剧。表明TET在肌肉前体细胞和神经元中的表达对维持果蝇运动能力都有重要贡献。

本研究揭示了TET在果蝇飞行肌发育和衰老中的双重功能机制。研究结果表明，尽管果蝇缺乏DNA甲基化机制，但TET通过催化非依赖方式调控肌肉前体细胞扩增和肌纤维形成，而其催化活性则对维持成虫运动能力和延缓肌肉衰老至关重要。这些发现强调了TET在基因调控中的核心作用，即使在没有DNA甲基化机制的情况下仍然发挥重要功能。

该研究的创新之处在于首次系统阐明了TET酶在肌肉发育中的非经典功能，揭示了其催化依赖和非依赖功能的分离。TET可能通过招募染色质调节因子（如BAP55或PRC1）来调控基因表达，而不依赖于其催化活性。同时，TET的催化功能可能通过氧化RNA上的m5C修饰来发挥作用，这与衰老过程密切相关。

这项研究不仅增进了我们对TET酶功能多样性的理解，也为探索表观遗传调控在肌肉生物学中的新机制提供了重要线索。鉴于TET酶在进化上的保守性，类似的5mC非依赖机制可能也在脊椎动物肌肉生物学中发挥作用。确定TET在这些过程中的特异性底物，将是未来研究的重要方向。