M6A は真核細胞の mRNA に対する最も一般的な化学修飾であり、その確立、読み取り、および消去はそれぞれ対応するメチラーゼ (ライター)、結合タンパク質 (リーダー)、およびデメチラーゼ (消去器) によって動的かつ可逆的に制御されます。研究により、m6A はライフサイクル活動全体を通じて mRNA のスプライシング、核形成、安定性、および翻訳を制御することにより、胚発生、腫瘍の発達、および神経変性疾患を含む体内のさまざまな生理学的または病理学的プロセスの制御に関与できることが示されています。ただし、生理的老化中の臓器の恒常性維持における m6A の制御役割と主要な分子メカニズムは、まだ解明されていません。
中国科学院動物研究所の劉光輝研究グループと屈静研究グループは、北京ゲノム研究所の慈衛民研究グループと張衛奇研究グループと共同で、「原始的老化における組織恒常性のm6Aエピジェネティック制御」と題する研究論文をNature Agingにオンライン公開した。本研究では、非ヒト霊長類（カニクイザル）生理学的老化の多臓器研究モデルを使用し、ゲノム編集とヒト幹細胞の方向性分化に基づく研究システムを組み合わせ、臓器と細胞の老化過程におけるRNA m6A修飾の動的マップを体系的にマッピングし、RNAメチル化修飾と関連遺伝子発現恒常性の変化を分析し、骨格筋老化を制御するMETTL3-m6A-NPNT経路の新しいメカニズムを探求した。
この研究では、若いカニクイザルと高齢のカニクイザルの肝臓、骨格筋、心臓の組織学的解析を系統的に行うことで、脂肪蓄積の増加、炎症因子の上方制御、ラミンB1の下方制御が、3つの組織における老化の共通の特徴であることがわかりました。また、骨格筋のアポトーシス細胞の増加、心臓の筋線維の萎縮、心筋線維の肥大など、組織特有の老化関連の退行性変化も発見されました。さらに、3つの組織のm6A見かけの修飾マップと対応するトランスクリプトームマップの共同解析により、m6A修飾と遺伝子発現の恒常性と、さまざまな組織における老化の調節との相関関係が明らかになりました。肝臓と心臓と比較して、研究では骨格筋における全体的なm6A修飾の減少とコアメチルトランスフェラーゼMETTL3発現レベルの減少が具体的に検出されました。 さらに、CRIPSR/Cas9技術により、ヒト胚性幹細胞由来のMETTL3ノックアウト筋管細胞が樹立されました。METTL3の欠損は筋管細胞の萎縮、アポトーシス、老化の加速などの退化変化につながり、老化した骨格筋の表現型と一致していることがわかりました。さらなるメカニズム研究により、METTL3の下流エフェクターとしてのNPNTは骨格筋細胞の安定性を維持する役割を果たし、レンチウイルスベクターを介したMETTL3またはNPNT補体発現は、ヒト筋管細胞の老化をある程度遅らせることができることが示されました。最後に、METTL3酵素活性阻害剤による処理とMETTL3酵素活性変異体の過剰発現により、METTL3はNPNTの発現を促進し、m6A依存的に筋管細胞の恒常性を維持することが研究で確認されました。 また、m6A結合タンパク質IGF2BP1は、m6Aによって修飾されたNPNT mRNAに結合して安定化できることも判明しました。
要約すると、本研究は、生理的老化中の3つの重要な霊長類臓器/組織におけるm6A修飾の動的な変化と遺伝子発現の恒常性との関連性を明らかにし、ヒト骨格筋の恒常性維持におけるMETTL3-m6A-NPNT経路の役割とメカニズムを解明した。本研究は、ヒト臓器機能の恒常性維持におけるm6Aの関与と老化のエピジェネティックな転写制御メカニズムに対する科学者の理解を深めた。本研究は、霊長類臓器モデルとヒト幹細胞由来システムを効果的に統合して骨格筋の老化を調査するための体系的なプラットフォームを提供し、骨格筋の老化を遅らせたり、サルコペニアなどの加齢に伴う骨格筋変性疾患を治療したりするための潜在的な分子標的と介入戦略を提供する。
この研究は、動物学研究所、北京ゲノム研究所、中国科学院幹細胞・再生医療イノベーション研究所、首都医科大学宣武病院などによって完了しました。この研究作業は、科学技術部、中国国家自然科学基金、中国科学院の支援を受けています。
