约翰霍普金斯大学医学院：C9ORF72-ALS/FTD中整体减少的N6-甲基腺苷 (m6A)失调RNA代谢并导致神经变性

背景

C9ORF72重复扩增是肌萎缩侧索硬化 (ALS)和额颞叶痴呆 (FTD)最常见的遗传学原因。在本研究中，我们发现在C9ORF72-ALS/FTD患者衍生的诱导多能干细胞 (iPSC)分化的神经元和死后脑组织中，最常见的内部mRNA修饰N6-甲基腺苷 (m6A)被下调。

简介

2023年6月26日，来自美国约翰霍普金斯大学医学院的Yini Li及其团队在Nat Neurosci (IF：25)杂志上发表名为Globally reduced N6-methyladenosine (m6A) in C9ORF72-ALS/FTD dysregulates RNA metabolism and contributes to neurodegeneration的研究[1]。

主要结果

C9ORF72- ALS/FTD中转录组范围内m6A低甲基化

鉴于m6A修饰在mRNA中的普遍存在，我们研究了m6A的减少是否会导致全局mRNA代谢的变化，这可能导致C9ORF72-ALS/FTD的神经退行性变。我们使用了m6A RNA免疫沉淀(MeRIP)和高通量测序来绘制转录组范围内的m6A位点，并使用iPSNs和死后运动皮层 (MCTX)样本比较了对照组和患者之间的差异。每组鉴定出约30000个m6A峰，具有丰富的GGACU共识基序。正如预期的那样，这些峰在编码序列 (CDSs)和3个非翻译区 (UTRs)中丰富，特别是在停止密码子附近富集。C9ORF72-ALS/FTD神经元的m6A谱与对照组不同，C9患者iPSNs和MCTX组织中的低甲基化峰明显更多 (图2a,b)。在iPSNs和死后MCTX中发现的低甲基化基因有相当大的重叠 (图2c)，这些基因在突触和神经元功能中高度富集 (图2d)。总之，MeRIP测序 (MeRIP-seq)证实了整体m6A的减少，并揭示了C9ORF72-ALS/FTD患者iPSNs和死后组织中转录组范围的低甲基化。

含有重复序列内含子中的m6A调节DPR的产生

除了整体mRNAs外，我们还专门研究了m6A减少对C9ORF72重复RNA代谢的影响。我们之前发现，包含扩展 (GGGGCC)n个重复序列的剪接内含子被输出到细胞质中，并在所有三个阅读框 (poly-GA, poly-GP和poly-GR)中进行重复相关的非AUG (RAN)翻译。我们通过无偏CRISPR筛选鉴定了m6A甲基转移酶组分作为DPR产生的抑制因子。我们首先使用已建立的HeLa Flp-In双荧光素酶报告系统验证了这一效果，其中NanoLuc荧光素酶是通过RAN翻译C9ORF72 GGGGCC重复序列 (C9R-NLuc)产生的。在剪接报告基因中 (其中C9R-NLuc位于C9ORF72内含子中) (图4a)和单顺反子mRNA报告基因中 (图4b)，敲低METTL14显著增加了所有阅读框中的DPR蛋白 (图4c-e)。这表明m6A修饰可以调节DPR的产生，并且这种影响不依赖于剪接。

FTO抑制剂治疗可减轻疾病相关表型

抑制去甲基酶活性的小分子方法是提高m6A水平的另一种方法。一些FTO的小分子抑制剂已经被开发出来并被报道显示出抗肿瘤的功效。其中，CS2是最新一代的FTO抑制剂，对FTO具有高效的抑制作用，具有很好的抗癌作用。用CS2治疗C9ORF72-ALS/FTD患者iPSNs增加了mRNA上的整体m6A水平 (图7a)，降低了重复RNA和DPR水平 (图7b,c)，并显著改善了神经元存活 (图7d)。这突出了靶向FTO治疗神经退行性疾病的潜力。

结论及展望

整体m6A低甲基化导致转录组mRNA稳定和基因表达上调，尤其是与突触活动和神经元功能相关的基因。此外，扩展重复序列上游的C9ORF72内含子序列的m6A修饰通过核读码器YTHDC1增强了RNA的衰变，并且反义RNA重复序列也可以通过m6A修饰进行调控。m6A的减少增加了重复RNA和编码的多聚二肽的积累，参与疾病的发病机制。我们进一步证明，通过提高m6A甲基化，我们可以显著降低来自两条链和衍生的多聚二肽的重复RNA水平，挽救整体mRNA的稳态，并提高C9ORF72-ALS/FTD患者iPSC衍生的神经元的存活率。

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41593-023-01374-9

参考文献

Li Yini,Dou Xiaoyang,Liu Jun et al. Globally reduced N-methyladenosine (mA) in C9ORF72-ALS/FTD dysregulates RNA metabolism and contributes to neurodegeneration.[J] .Nat Neurosci, 2023, undefined: undefined.

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！