METTL3 通过 m?A-YTHDF2 - 多能性 / Gstp1 mRNA 降解轴抑制多能干细胞始发态向原始态转变

为探究 m?A 修饰在多能干细胞始发态向原始态转变（PNT）中的作用，研究人员利用 STM2457 抑制 METTL3 并敲除 YTHDF2，发现抑制 METTL3 可通过 m?A 依赖方式促进 PNT，YTHDF2 缺失延长多能性相关 mRNA 寿命，Gstp1 为关键下游靶点。该研究揭示 m?A 调控机制，为细胞重编程提供新方向。

　　

在生命科学领域，多能干细胞的状态转变一直是研究热点。多能干细胞存在始发态（primed）和原始态（naive）两种状态，两者之间的相互转变机制尚未完全明晰。其中，从始发态向原始态转变（PNT）的逆向过程研究，对理解细胞命运决定和获取多能性特性至关重要，在再生医学及人类胚胎干细胞（hESCs）操控中具有重要意义。然而，RNA 甲基化修饰，尤其是 N?- 甲基腺苷（m?A）在这一过程中的具体调控作用仍存诸多谜团。已有研究表明，m?A 修饰在发育和细胞重编程中扮演关键角色，但其在 PNT 中的功能却 elusive（难以捉摸）。在此背景下，中国科学院广州生物医药与健康研究院等机构的研究人员开展了相关研究，试图揭开 m?A 及其相关调控因子在 PNT 中的神秘面纱。该研究成果发表在《Cell Regeneration》，为多能干细胞状态转变的机制研究提供了新视角。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：利用 STM2457 作为 RNA m?A 甲基转移酶 METTL3 的酶抑制剂，在 BMP4 诱导的 PNT（BiPNT）系统中进行干预处理；运用 CRISPR-Cas9 基因编辑技术构建 METTL3、YTHDF2、YTHDF1、YTHDF3 等基因敲除细胞模型；通过 RNA 测序（RNA-seq）分析基因表达谱变化；借助 mRNA 稳定性检测、m?A 免疫沉淀测序（m?A-RIP-seq）等技术探究 mRNA 降解机制；利用流式细胞术、免疫荧光染色等方法检测多能性标志物表达；构建嵌合小鼠验证细胞功能。

METTL3 干预以 m?A 依赖方式促进 PNT

研究人员在 BiPNT 系统中使用 STM2457 处理，发现其显著增强 PNT 效率，且 m?A ELISA 检测显示 mRNA 中 m?A 水平降低。不同阶段添加 STM2457 均有促进作用，早期阶段效果最显著。通过 CRISPR-Cas9 敲除 Mettl3 及 METTL3-FKBP/dTAG 蛋白降解系统验证，证实抑制 METTL3 的促进作用依赖其催化活性，即 m?A 甲基转移酶功能。经 STM2457 处理获得的重置胚胎干细胞（rESCs）表达高水平原始态多能性基因，且能形成嵌合小鼠并实现生殖系传递，表明抑制 METTL3 可高效促进高质量 PNT。

METTL3 抑制通过快速激活多能性基因加速 PNT

RNA-seq 分析显示，STM2457 处理后原始态多能性基因（如 Nanog、Sox2 等）表达显著上调，虚拟轨迹映射表明 PNT 进程加速。基因本体（GO）分析显示，共同上调基因富集于多能性维持和细胞分裂通路。mfuzz 聚类分析发现，Cluster 4 基因富集于 RNA 修饰通路且持续下调，Cluster 8 基因富集于多能性维持通路并持续上调，提示 METTL3 抑制通过协调抑制 RNA 修饰通路和增强多能性维持程序促进 PNT。

YTHDF2 缺失促进 PNT

在探究 m?A “读者” 蛋白作用时，发现敲除 YTHDF2 而非 YTHDF1、YTHDF3 可显著提高 PNT 效率。RNA-seq 和 RT-qPCR 显示，YTHDF2 缺失后原始态多能性基因在 PNT 各阶段持续高表达。GO 分析表明，YTHDF2 缺失上调基因同样富集于细胞分裂和多能性维持通路，证实 YTHDF2 在 PNT 中对多能性基因表达起关键调控作用。

原始态多能性基因 mRNA 是 YTHDF2 介导降解的主要靶点

YTHDF2 通过识别 m?A 修饰 mRNA 并招募 CCR4-NOT 去腺苷酸化复合物促进 mRNA 降解。研究发现，METTL3 抑制或 YTHDF2 缺失时，早期 PNT 上调基因富集于 RNA 稳定性相关通路。ActD 处理实验表明，STM2457 处理增强原始态基因 mRNA 稳定性，且其降解与 m?A 修饰相关。m?A-RIP-seq 显示，STM2457 处理后关键原始态转录本 m?A 水平下调。YTHDF2 敲除同样增强原始态多能性转录本稳定性，进一步证实 YTHDF2 通过 m?A 介导的 mRNA 降解调控 PNT。

Gstp1 是 PNT 调控网络的关键介质

通过重叠分析 STM2457 处理和 YTHDF2 缺失的 RNA-seq 数据，发现 JNK 相关通路富集，Gstp1 作为 JNK1/2 负调控因子频繁出现且在两种条件下各时间点均显著上调。m?A-RIP 数据分析显示 Gstp1 转录本存在 m?A 修饰，ActD 测序表明 METTL3 抑制或 YTHDF2 缺失可轻度抑制 Gstp1 降解。功能实验显示，抑制 Gstp1 活性或敲低其表达可逆转 STM2457 对 PNT 的促进作用，而过表达 Gstp1 则增强 PNT 效率，证实 Gstp1 是 METTL3-m?A-YTHDF2 轴的关键下游效应因子，其功能独立于经典解毒作用。

研究结论与意义

本研究揭示了 METTL3 通过 m?A-YTHDF2 - 多能性 / Gstp1 mRNA 降解轴抑制 PNT 的分子机制。METTL3 催化原始态多能性基因和 Gstp1 mRNA 的 m?A 修饰，YTHDF2 识别并介导这些转录本的降解，从而抑制 PNT；抑制 METTL3 或敲除 YTHDF2 可稳定原始态多能性基因和 Gstp1 mRNA，促进 PNT。该研究首次明确了 m?A 修饰在 PNT 中的关键调控作用，鉴定了 YTHDF2 作为主要 m?A “读者” 蛋白及 Gstp1 作为关键下游靶点的功能，为理解多能干细胞状态转变的分子机制提供了新框架。研究结果不仅拓展了 m?A 修饰在细胞命运决定中的认知，也为再生医学中细胞重编程技术的优化提供了潜在靶点和理论依据，有望推动干细胞治疗及相关疾病研究的发展。