北京时间2021年3月4日，中科院广州生物医药与健康研究院科研团队在《自然》（Nature）杂志以题为“RNA m6A reader YTHDC1 silences retrotransposons and guards ES cell identity”发表论文，发现了调控胚胎干细胞多能性的新开关：RNA m6A阅读器蛋白YTHDC1可以调控异染色质形成，并影响小鼠胚胎干细胞多能性。
m6A是RNA上含量最丰富的修饰，其因通过调控RNA的剪接、转运、降解、翻译等过程而备受关注。m6A主要由METTL3/METTL14催化形成的，并能够特异性被含有YTH结构域的阅读器蛋白所识别。之前的研究主要集中于m6A对细胞质中mRNA的调控研究，但细胞核阅读器蛋白YTHDC1是几个阅读器中唯一敲除后会像Mettl3敲除一样导致胚胎早期致死的阅读器，提示m6A在早期胚胎发育过程中可能具有其他尚不清楚的重要生物学功能。
该工作首先构建了Ythdc1条件敲除的小鼠胚胎干细胞系，发现Ythdc1-cKO细胞的转录组中出现了明显的受H3K9me3所沉默TEs的表达激活（包括IAP和LINE1），并且这些TEs上的H3K9me3信号大幅度下降，说明YTHDC1与H3K9me3是存在调控关系的，ChIP-seq和CoIP实验证明YTHDC1和SETDB1存在相互作用，并且共结合在基因组上，ChIRP-seq和GRID-seq证明YTHDC1-SETDB1复合物结合基因组是通过TEs来源的具有m6A修饰的RNA结合到其本身DNA位点介导的。通过构建YTH结构域突变体和Mettl3敲除细胞系证明了上述过程是m6A依赖性的，说明RNA m6A具有调控染色质的功能。
研究团队还发现上述机制对维持胚胎干细胞的干性维持起关键作用。在15%FBS+LIF的常规培养条件下，敲除了Ythdc1的小鼠胚胎干细胞（Ythdc1-cKO细胞）增殖受到了极大抑制，无法正常维持。有趣的是，Ythdc1-cKO细胞启动了2C-like细胞程序，研究人员在转录水平、MERVL手机版系统、NANOG蛋白降解、胚胎嵌合等多个尺度证明了Ythdc1-cKO细胞获得部分全能性的特征（如可以形成CDX2阳性的滋养外胚层细胞）。通过敲除后的回补实验，研究者发现YTH结构域的点突变就无法像野生型一样回复增殖抑制和2C-like转化的表型，敲除Mettl3同样具有类似的表型，从而证明Ythdc1-cKO细胞的这些功能表型是YTHDC1蛋白的m6A识别能力依赖的。
与胚胎干细胞多能性不同，2C-like的细胞具有发育的全能性，除了能够发育形成胚内所有细胞类型能力的外，还能够发育成肧外组织，如滋养外胚层。研究者进一步探究了TEs激活与2C转变的关系，发现LINE1 RNA除97%结合到其自身DNA位点外，也特异性结合并抑制Dux区域，并且Ythdc1-cKO细胞和Setdb1-cKO细胞均展示出Dux表达显著上调，H3K9me3下降，说明胚胎干细胞中Dux位点也是通过YTHDC1-SETDB1介导的H3K9me3异染色质机制控制的。Dux是胚胎干细胞往2C-like细胞转化的主导因子，研究者发现敲除Dux位点后Ythdc1-cKO细胞不会发生2C-like转化，但仍会发生TEs的转录激活，说明TE的转录激活并非细胞状态转化的结果，而是受YTHDC1-SETDB1的染色质调控机制直接所调控的。
这一工作的发现，为理解哺乳动物中RNA如何调控染色质做出重要启示，也推动RNA m6A修饰的生物学功能的进一步理解，同时也为干细胞的全能性与多能性维持与转换的研究提供了思路。
明升中国app院广州生物医药与健康研究院陈捷凯研究员为本论文通讯作者，博士研究生刘家栋、高铭蔚和生物岛实验室何江平副研究员为本论文的共同第一作者。该工作得到实验室其他成员和合作团队的大力支持。（来源：明升手机版(明升中国)）
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