N6-甲基腺嘌呤修饰在卵子发生及早期胚胎发育中的调控作用.pdf

310.D0I:10.12280/gjszjk.20230089N6-甲基腺嘌呤修饰在卵子发生及早期胚胎发育中的调控作用国际生殖健康/计划生育杂志2 0 2 3年7 月第42 卷第4期JIntReprodHealth/FamPlan，Ju l y 2 0 2 3,Vo l.42,No.4综述闻鑫，赵晓丽，栾祖乾,高娜，董融,夏天【摘要】N6-甲基腺嘌呤（N-methyladenosine,mA）是指RNA腺苷第6 位氮（N)原子的甲基化修饰，是哺乳动物mRNA中最为丰富的表观转录组学修饰。mA依赖于甲基转移酶（Writer）、去甲基化转移酶(Eraser）和mA结合蛋白(Reader)的共同调控作用。诸多研究表明mA及其调节酶几乎存在于各个发育阶段的卵泡及早期胚胎组织中，凭借其动态、可逆、敏感的特性广泛地参与mRNA的代谢过程，在转录后水平调控卵子发生，早期胚胎的核重编程、谱系分化、种植以及妊娠维持,在很大程度上决定了女性的生育能力和妊娠结局,并有望成为诸多生殖障碍相关疾病的诊断、预后标志物以及新的治疗靶点。【关键词】RNA,信使；卵子发生；胚胎发育；甲基化;N6-甲基腺嘌呤Regulatory Role of Ne-Methyladenosine Modification in Oogenesis and Early Embryonic DevelopmentWEN Xin,ZHAO Xiao-li,LUAN Zu-qian,GAO Na,DONG Rong,XIA Tian.First Teaching Hospital of TianjinUniversity of Tranditional Chinese Medicine,National Clinical Research Center for Chinese Medicine Acupunctureand Moxibustion,Tianjin 300193,ChinaCorresponding author:XIA Tian,E-mail:Abstract)Ne-methyladenosine(mA)refers to the methylation modification at the N position of adenosinein RNA,which is the most abundant epitranscriptomic modification in mammalian mRNA.mA depends on theco-regulatory effects of methyltransferase(Writer),demethylase(Eraser)and mA binding protein(Reader).Numerous studies have shown that mA and its regulatory enzymes are present in the follicles and early embryonictissues at all development stages,and that mA is extensively involved in the mRNA metabolic processes by virtueof their dynamic,reversible and sensitive properties.Therefore,mA participates in the regulation of oogenesis,nuclear reprogramming,lineage differentiation,implantation,and gestation maintenance of early embryos at thepost-transcriptional level.Because mA is largely related to female fertility and pregnancy outcome,mA may be anew marker of diagnosis and prognosis of many reproductive diseases,or a potential therapeutic target.Keywords RNA,messenger;Oogenesis;Embryonic development;Methylation;N6-methyladenosine(J Int Reprod Health/Fam Plan,2023,42:310-316)作为哺乳动物RNA中最常见的转录后修饰，N6-甲基腺嘌呤(N-methyladenosine,mA)于2 0 世纪70年代首次被发现，近期随着高通量测序的发展，mA成为生物医学领域的研究热点。通过参与RNA代谢的每一个阶段，,包括翻译、出核、剪接与衰变，mA在细胞增殖、分化、代谢等多种生物学过程中发挥重要作用。早期mA相关研究多集中于肿瘤和心血管领域,最近其在生殖过程中的调控作用也备受瞩目。本文重点论述mRNA上的mA修饰在卵子发生、胚胎发生及发育过程中动态、可逆的时空调控作用，旨在为mA修饰在生殖领域的基础研究与临床应用提供理论依据和技术支撑，对于建立一个基于基金项目：天津市教委科研计划项目（2 0 19KJ054）作者单位：30 0 193天津中医药大学第一附属医院，国家中医针灸临床医学研究中心通信作者：夏天,E-mail：x i a t i a n 7 6 16 3.c o m审校者卵子质量、胚胎植人能力和发育潜能、子宫内膜容受性的生殖结局评估体系，挖掘生殖障碍相关疾病的分子标志物以及有效的早诊断及干预策略具有重要意义。1mRNA mA修饰的概述mA修饰位点大多分布在GAmACA/C/U保守序列上，并富集于mRNA的终止密码子、3-非翻译区(3-non-translational region,3-UTR)或非编码RNA中的长外显子区。由甲基转移酶“Writer负责将mA修饰添加到RNA上；去甲基化转移酶“Eraser介导mA修饰的去除;mA结合蛋白“Reader识别并介导RNA的翻译、降解、剪接等代谢活动。其中，mAWriter是一个主要由甲基转移酶样3(methyltransferase like 3,METTL3)、M ET T L14,W i l m s肿瘤抑制因子1相关蛋白（Wilmstumor1-associatingprotein,WTAP)、病毒样mA甲基转移酶相关蛋白国际生殖健康/计划生育杂志2 0 2 3年7 月第42 卷第4期JIntReprodHealth/FamPlan,July2023,Vol.42,No.4(vir like mA methyltransferase associated protein,VIRMA/KIAA1429）等组成的甲基转移酶复合体(mA-METTLcomplex,MTC)2。m A Er a s e r 包括肥胖相关蛋白(fat mass and obesity associated protein,FTO)和AlkB同源蛋白5（AlkB homologue 5,ALKBH5)3。mAReader包括具有YT521-B同源（YTH)结构域的YTHDC1-2、YT H D F1-3，以及不含YTH结构域的核内不均一核糖核蛋白（heterogeneous nuclearribonucleoproteins,hnRNP）家族成员HNRNPA2B1、HNRNPC和HNRNPG，以及胰岛素样生长因子2mRNA结合蛋白1-3(insulin-like growth factor 2mRNAbinding protein 1-3,IGF2BP1-3)等3。2mRNAmA修饰参与卵子发生卵子发生始于胚胎期,卵原细胞经历数次有丝分裂增殖后,启动减数第一次分裂,由此形成的初级卵母细胞在出生后停滞于减数第一次分裂前期（m e i o t i c p r o p h a s e I，M PI）的双线期，即生发泡(germinal vesicle,GV)期,并与其周围的单层扁平颗粒细胞(granulosa cells)共同构成原始卵泡4-5。青春期后，部分原始卵泡被募集到生长卵泡期，该阶段以卵母细胞生长和颗粒细胞增殖为特征。在激素和细胞外信号的刺激下，优势卵泡的卵母细胞恢复减数分裂，生发泡破裂（CVbreakdown）,排出第一极体，排卵后停滞于减数第二次分裂中期（MI）。母源mRNA在卵母细胞的生长阶段大量合成并积累，在完全成熟的GV期卵母细胞中转录关闭6-7 ,故其在转录后水平的精确调控对卵母细胞成熟至关重要8。mA修饰通过调控mRNA的转录、可变剪接、降解等代谢活动参与调控卵子发生的各个阶段。2.1mRNA mA修饰调控卵母细胞减数第一次分裂的启动和阻滞减数第一次分裂的适时启动和阻滞是调节有丝分裂向减数分裂顺利过渡的前提。据报道，mAReaderYTHDC2在转录后水平抑制有丝分裂相关基因的表达，是减数分裂适时启动的关键调控因子,并在卵原细胞减数分裂期间表达升高，通过调控卵母细胞减数第一次分裂的启动和阻滞，在卵子发生的过程中具有重要的调控作用9。Bailey等10 研究表明,Ythdc2缺陷的胚胎期雌鼠卵母细胞仅少量正常启动减数分裂，而多数停滞在有丝分裂中期并持续表达G1期有丝分裂标志物细胞周期蛋白D1（Cy c l i n D 1）,且减数分裂相关蛋白DMC1表达缺陷,染色质浓缩异常。出生后雌鼠的卵巢中卵泡数量显著减少，并在成年后表现为子宫壁薄、卵巢311体积小、卵泡成熟障碍及不孕。Wojtas等报道，Ythdc2-突变雌鼠的卵巢高度萎缩，卵原细胞的减数分裂启动和进展受阻，发生调亡，导致雌性不育。此外，多项研究表明YTHDC2可与减数分裂特异性蛋白MEIOC的卷曲螺旋结构域结合，形成YTHDC2-MEIOC复合物，通过调节有丝分裂及减数分裂相关转录本的稳定性和翻译效率,对维持MPI阶段减数分裂阻滞、防止减数分裂提前至关重要12-15。另有研究报道，在YTHDC2-MEIOC复合物作用缺失的条件下,卵母细胞可以启动MPI，但进展至细线期和偶线期，便过早地退出MPI并进人异常的减数第一次分裂中期（MI）,发生染色体重组和分离缺陷，呈异常的单价体而非二价体，且持续表达有丝分裂周期蛋白CCNA2,并在成年后大量调亡。最新的一项基于人类胚胎卵巢组织的分析表明,YTHDC2错义突变与不明原因早发性卵巢功能不全的病理发生密切相关9。2.2mRNAmA修饰参与GV期卵母细胞发育颗粒细胞通过缝隙连接和旁分泌的形式建立与卵母细胞的双向交流，研究表明颗粒细胞中mA修饰介导的mRNA代谢对GV期卵母细胞质量和发育潜能具有重要的调控作用。颗粒细胞中胰岛素抵抗与多囊卵巢综合征(polycystic ovarian syndrome,PCOS)的发病机制密切相关。正常排卵女性的颗粒细胞中，YTHDF2介导的mA修饰可诱导叉头框蛋白0 3(forkhead boxO3,FOXO3)mRNA的降解，而PCOS患者颗粒细胞中FOX03mRNA对mA修饰不敏感，呈异常的低甲基化水平，转录本降解失败,FOXO3mRNA水平异常升高16 ,进而导致PCOS患者颗粒细胞中胰岛素信号转导缺陷以及胰岛素抵抗 7。Zhou等18 发现PCOS患者颗粒细胞中过表达的FTO可通过靶向降低脂筱结构蛋白2(Flotllin2,FLOT2)mRNA上mA修饰的水平，增强其转录本的稳定性和表达量,进而促进颗粒细胞增殖,抑制胰岛素诱导的葡萄糖转运体4(glucose transporter 4,GLUT4)转运,导致胰岛素抵抗和排卵障碍性不孕。此外,FLOT2的缺失可削弱FTO过表达对颗粒细胞调亡和增殖的抑制和促进作用，有效缓解胰岛素抵抗，提示FTO/FLOT2信号通路在PCOS病理机制及治疗靶点中的