關于m6A RNA甲基化的研究,已經成為當下火熱的研究領域。m6A修飾酶出現異常表達將會引起一系列疾病,包括腫瘤、神經性疾病、胚胎發育遲緩等。近期Nucleic Acids Research上發表了一篇題名為:Zfp217介導m 6 A mRNA甲基化協調轉錄和轉錄后調控促進脂肪形成分化。文章發現鋅指蛋白(Zfp217)將基因轉錄與m6A mRNA甲基化修飾結合,以促進脂肪形成。 Zfp217通過激活m6A去甲基酶FTO的轉錄來調節m6A mRNA甲基化。并且Zfp217的降低損害了3T3L1細胞的脂肪形成分化并導致m6A甲基化修飾的整體增加。此外,Zfp217與YTHDF2的相互作用對于FTO維持其與各種mRNA上的m6A位點的相互作用是至關重要的,因為Zfp217的缺失導致FTO降低并增加m6A水平。
技術路線:
1.Zfp217的缺失會阻礙脂肪分化
首先使用siRNA減少Zfp217 mRNA和蛋白的表達, Zfp217敲低顯著阻斷脂肪形成,表現為油紅O染色水平降低以及關鍵脂肪形成基因PPARγ,aP2,LPL和脂聯素的低表達。使用CRISPR / Cas9技術完全刪除Zfp217基因,消除了3T3L1細胞中的脂肪形成。還使用來自Zfp217單倍體不足的小鼠的胚胎成纖維細胞(MEF- Zfp217+/?)檢查了Zfp217減少對脂肪形成的影響。
2.Zfp217抑制增強脂肪生成過程中的m6A修飾
為了鑒定Zfp217在3T3L1細胞中的功能,通過斑點印跡和LC-MS / MS定量檢測mRNA中的m6A修飾。與對照組相比,使用siRNA和CRISPR / Cas9的細胞顯示,Zfp217表達降低細胞中m6A甲基化水平全面增加.m6A免疫染色還揭示了在Zfp217敲低細胞中更高水平的m6A修飾。此外,為了確定Zfp217在脂肪生成過程中調節m6A修飾中的作用,在2天MDI誘導后通過斑點印跡檢測m6A水平。對照組和Zfp217缺失細胞之間存在差異,這可能意味著Zfp217-m6A途徑在脂肪形成中的早期功能。與野生型相比,MEF-Zfp217 +/-中的m6A修飾也顯著增加。總之,這些結果表明Zfp217對于細胞m6A RNA甲基化是重要的。
3.Zfp217直接激活FTO的轉錄
Zfp217是如何抑制m6A mRNA甲基化?為了闡明Zfp217在調節m6A修飾中的作用,檢測了m6A甲基化中涉及的關鍵蛋白的表達。Zfp217的敲低顯著增加了METTL3的蛋白質表達并降低了FTO的表達。表明FTO和METTL3都可能在Zfp217相關的m6A修飾中起作用。隨后,FTO的mRNA水平通過Zfp217在3T3L1細胞中的過表達或敲低調節,而METTL3水平未改變。此后,參考驗證Zfp217是否可以調節FTO作為轉錄因子的表達。利用生物信息學方法我們推斷FTO是Zfp217的靶基因。接下來,使用雙熒光素酶顯示系統來驗證Zfp217增強FTO的啟動子活性,而FTO啟動子中Zfp217結合序列的缺失抑制它,表明Zfp217在FTO上的直接調節。因此,Zfp217在FTO啟動子區的定位也通過使用Zfp217特異性抗體的ChIP-QPCR測定來確認。通過基因序列分析,準確的結合DNA序列與FTO的基因組序列完全一致。與這些觀察結果一致,發現FTO通過Zfp217缺失來挽救脂肪生成的抑制,并且一致地增加PPARγ,aP2,LPL和Adiponection的基因表達。m6A可能是Zfp217-FTO依賴性調節脂肪形成方式的主要靶點。這些數據證明了Zfp217作為轉錄因子,與FTO基因的啟動子結合以增強脂肪生成,這可能是在脂肪生成過程中一種調節m6A修飾的方式。
4.Zfp217正向調節參與脂肪生成的上皮轉錄組
為了描述Zfp217在脂肪生成中作用,在對照和Zfp217敲除3T3L1細胞中進行RNA測序,MDI處理0和2天,并鑒定了12 188和11 566個差異表達基因,分別為0和2天。與野生型相比, Zfp217缺失細胞中絕大多數(1431)基因上調,MDI處理0 d組與2d顯著重疊,同時也鑒定了941個下調基因。通過GO分析,發現下調的基因主要與細胞周期,RNA加工和脂質生物合成進展有關,表明Zfp217參與RNA加工和脂質代謝的適當調節。為了闡明Zfp217調節m6A修飾的機制,采用MeRIP-seq測序分析MDI處理0和2天對照組和Zfp217敲除3T3L1細胞中m6A mRNA甲基化情況。發現GGACU高度富集的并且始終表示為最佳序列基序。接下來試圖研究關鍵的m6A位點是否受Zfp217缺失的影響。結果表明,5'UTR和3'UTR中m6A位點的相對密度高于其他區域。而且Zfp217缺失增加了MDI0 d的m6A富集0 d,而不是2 d,這意味著這些轉錄本具有Zfp217敲除依賴性方式。
選擇了一些其他關鍵目標用于進一步實驗,來自UP組的Ccdc141,來自DOWN組的Efcab11,來自參考文獻的Hspa1a,觀察到RNA-seq數據的顯著變化。接下來,為了驗證RNA-seq和MeRIP-seq的結果,選擇這些基因用于QPCR和MeRIP-QPCR分析。他們用RNA-seq顯示相似的基因表達譜,并且MeRIP-QPCR顯示在Zfp217缺失后這些轉錄物上的m6A修飾增加。此外,為了驗證這些靶基因的作用,siRNA對Ccdc141,Hspa1a和Efcab11的功能喪失影響表現出脂肪生成水平的降低。總之,我們的數據揭示了這種正相關關系。在脂肪形成過程中Zfp217敲除后mRNA表達與m6A mRNA甲基化之間的關系。
5.Zfp217與YTHDF2相互作用以維持FTO的m6A去甲基化活性
為了進一步探索Zfp217促進脂肪生成的分子機制,進行了免疫沉淀實驗,通過Co-IP驗證了Zfp217和YTHDF2之間的特異性相互作用,以及3T3L1(有無MDI處理)和HEK293T細胞中內源蛋白和Flag標記蛋白的反向Co-IP實驗。因此,這兩種蛋白質都是分布在3T3L1和HEK293T全細胞中,Zfp217在細胞質中的表達多于細胞核。共聚焦顯微鏡檢查,以監測內源性Zfp217和YTHDF2的細胞定位。有趣的是,使用共聚焦Z分析在細胞核和細胞質中觀察到YTHDF2和Zfp217的共定位,這可能表明YTHDF2在Zfp217依賴性脂肪細胞生成中的特定功能。
我們進一步全面分析了YTHDF2和Zfp217與FTO相互作用的生物學功能。正如預期,FTO和Zfp217的過表達顯示較低的m6A水平,YTHDF2阻斷FTO的去甲基化酶活性以增加m6A水平,而Zfp217作為調節劑使平衡傾向于去甲基化。體外m6A RNA pull-down試驗證實了FTO和YTHDF2之間的直接競爭,靶向Hspa1a的m6A ssRNA。顯然,Zfp217不與RNA結合,而是干擾YTHDF2位置并拯救FTO以結合RNA。結合體外RNA下拉和斑點印跡測定以評估FTO的m6A去甲基化活性,還證實Zfp217螯合YTHDF2以維持FTO的m6A去甲基化活性。為了確定Zfp217是否在體外與YTHDF2直接相互作用,我們進行了LSPR。結果清楚地表明Zfp217以劑量依賴性方式直接與YTHDF2相互作用。結合YTHDF2后,Zfp217組織含m6A的ssRNA與YTHDF2結合。
6.YTHDF2的敲低挽救了對Zfp217消耗介導的脂肪生成的抑制
為了進一步研究Zfp217如何通過m6A修飾調節靶基因的潛在分子機制,關注YTHDF2并驗證其在Zfp217介導的脂肪生成中的作用。YTHDF2的敲低挽救了Zfp217缺陷細胞中的脂肪形成,而YTHDF2敲低后基因的m6A修飾較低,表明YTHDF2在Zfp217介導的脂肪生成起關鍵作用。
總之,這些結果確定Zfp217以YTHDF2依賴性方式平衡關鍵基因的表達,最終導致脂肪生成的促進。提出了一種Zfp217調節脂肪生成的方式。