BMAL1 通过 YTHDF2 依赖的 m6A 修饰调控人胚胎干细胞神经分化

《Genome Biology》：BMAL1 regulates human embryonic stem cell neurodifferentiation through YTHDF2-dependent m6A modification

　　

摘要

背景

BMAL1是一种核心昼夜节律转录因子，同时参与调控干细胞命运，但其对人体胚胎干细胞神经分化的作用尚不完全清楚。昼夜节律紊乱与不良神经发育结局相关，而N6-甲基腺苷（m6A）RNA修饰是早期发育的关键调控因子。BMAL1在神经分化过程中如何与m6A依赖性调控相互作用仍不明确。

结果

我们利用CRISPR-Cas9介导的基因组编辑技术，构建了BMAL1缺失的人胚胎干细胞，并对其向神经干细胞的定向分化进行了表征。BMAL1的缺失不影响多能性，但显著损害神经分化能力，导致神经玫瑰花结形成缺陷及神经谱系基因程序的抑制。转录组学分析和CUT&Tag分析表明，BMAL1直接调控参与胚胎发育和神经发生的基因。整合m6A图谱分析显示，BMAL1缺失细胞中m6A分布发生改变，尤其是下调基因转录终止位点附近的m6A富集显著降低。值得注意的是，BMAL1缺失导致m6A读取蛋白YTHDF2在蛋白水平上显著减少。机制上，BMAL1结合于YTHDF2启动子区域的E-box基序，调控YTHDF2转录本的替代剪接，偏向产生一种具有高度结构化5′非翻译区和翻译效率降低的变异体。该E-box基序的遗传破坏可表型模拟BMAL1缺失。功能挽救实验表明，过表达YTHDF2可部分恢复BMAL1缺失所引起的神经分化缺陷。

结论

这些发现揭示了一条BMAL1-m6A-YTHDF2调控轴，该轴整合了转录水平和转录后水平的控制，共同调控早期人类神经分化，为昼夜节律紊乱如何参与神经发育障碍的发生提供了机制性见解。