小鼠胚胎干細胞（mouse embryonic stem cells，mESCs）作為源自早期囊胚內(nèi)細胞團中的多潛能干細胞，具備分化為幾乎所有胚胎組織（除胚外組織）的能力【1】。研究發(fā)現(xiàn)，在體外培養(yǎng)的mESCs中，約1%的細胞群體表現(xiàn)出2細胞樣的全能性特征，稱為2細胞樣細胞 (2-cell-like cells, 2CLCs)。2CLCs具有獨特的生物學(xué)特性，表現(xiàn)出合子基因組激活（zygotic genome activation, ZGA）的轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，活躍表達Zscan4基因簇、Dux和MERVL逆轉(zhuǎn)座子等轉(zhuǎn)錄本【2, 3】。目前，越來越多的證據(jù)顯示，轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳因子在mESCs向2CLCs的轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用【4–6】。然而，RNA修飾在調(diào)控全能樣狀態(tài)方面的作用機制尚不明確。

近日，中國藥科大學(xué)劉曉敏/周君研究團隊在Journal of Biological Chemistry雜志在線發(fā)表題為YTHDF2 suppresses the 2C-like state in mouse embryonic stem cells via the DUX-ZSCAN4 molecular circuit的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)m6A閱讀蛋白YTHDF2通過DUX-ZSCAN4分子回路抑制2細胞特異性基因的表達，阻抑mESCs向2CLCs的轉(zhuǎn)變。該研究為胚胎干細胞全能樣狀態(tài)的表觀轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制提供了新見解。

研究人員首先利用DUX誘導(dǎo)的全能樣細胞模型和m6A-seq高通量測序技術(shù)，繪制了mESCs向2CLCs重編程過程中的m6A修飾動態(tài)圖譜。結(jié)果顯示，2C樣重編程信號觸發(fā)細胞RNA甲基化修飾的全局重塑。值得關(guān)注的是， Dux和Zscan4等核心2細胞轉(zhuǎn)錄本，含有明顯的m6A甲基化修飾峰。研究人員結(jié)合敲低實驗和RNA-seq測序分析，發(fā)現(xiàn)m6A閱讀蛋白YTHDF2缺失顯著上調(diào)2細胞特異性基因的表達，促進mESCs向2CLCs的轉(zhuǎn)變，提示YTHDF2缺失促進胚胎干細胞全能樣重編程。YTHDF蛋白通過其YTH結(jié)構(gòu)域特異性識別m6A表觀轉(zhuǎn)錄修飾，進而調(diào)控靶基因表達。為明確YTHDF2的m6A結(jié)合活性是否對其調(diào)控2C程序具有關(guān)鍵作用，研究人員在Ythdf2-KD細胞中分別表達野生型YTHDF2（DF2-WT）或m6A結(jié)合缺陷型突變體（DF2-Mut）。結(jié)果顯示，DF2-WT可顯著逆轉(zhuǎn)2細胞基因的表達上調(diào)，而突變體DF2-Mut則無此效應(yīng)，表明YTHDF2以m6A依賴機制抑制胚胎干細胞的2C樣狀態(tài)。

YTHDF2通過特異性識別并介導(dǎo)m6A修飾轉(zhuǎn)錄本的降解來發(fā)揮功能。團隊整合m6A-seq、YTHDF2 RIP-seq及RNA-seq測序數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，核心2C程序相關(guān)轉(zhuǎn)錄本Dux和Zscan4不僅存在m6A修飾，且被YTHDF2結(jié)合并調(diào)控。YTHDF2缺失顯著延緩了Dux和Zscan4等轉(zhuǎn)錄本的降解速率。通過系列靶基因的敲減實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)，YTHDF2以雙重機制調(diào)控2C樣狀態(tài)：一方面通過選擇性降解m6A修飾的2細胞轉(zhuǎn)錄本，另一方面通過干擾DUX-ZSCAN4正反饋環(huán)路。此外，YTHDF2與RNA脫腺苷酶復(fù)合體的關(guān)鍵組分CNOT1協(xié)同作用，介導(dǎo)2細胞特異性mRNA的選擇性降解。敲低Cnot1導(dǎo)致包括MERVL、Dux和Zscan4等2C相關(guān)基因表達顯著上調(diào)，并促進mESCs向2CLCs的轉(zhuǎn)變。

綜上所述，該研究闡明了YTHDF2通過m6A調(diào)控通路與DUX-ZSCAN4互作環(huán)路，在抑制全能樣命運決定中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控功能。此發(fā)現(xiàn)進一步揭示了m6A表觀轉(zhuǎn)錄修飾在2C樣基因表達程序中的重要調(diào)節(jié)作用，同時拓展了我們對全能樣狀態(tài)多層次分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的深入理解。

中國藥科大學(xué)博士研究生吳響，碩士研究生蔡婉婷、賀俊杰為本文的共同第一作者。中國藥科大學(xué)劉曉敏教授和周君教授為本文的共同通訊作者。該研究還得到了浙江大學(xué)傅旭東教授的指導(dǎo)與幫助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jbc.2025.108479

制版人：十一

參考文獻

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