Nature：中美合作首次发现m6A修饰调控T细胞稳态丨BioArt特别推荐

BioArt按：m6A （N6-methyladenosine，6-甲基腺苷酸）是真核生物mRNA中最常见的一种甲基化修饰，芝加哥大学何川教授首次证明m6A修饰可以被动态调控，暗示其可能具有重要的生理功能【1】。过去五年大量的实验表明，与DNA以及组蛋白的表观遗传修饰系统类似，m6A RNA表观遗传修饰系统也包括甲基转移酶（METTL3、METTL14等）、去甲基化酶（FTO、ALKBH5等）以及识别酶（YTHDC1、YTHDF2等）。此外，m6A修饰还参与调控mRNA代谢的全过程，特别是调控了mRNA的稳定性并且能够决定干细胞的分化【2-4】。Nature杂志最近半年还连续发文报道了m6A RNA修饰在斑马鱼和果蝇体内的功能【5-7】。辅助性T细胞是人体内重要的一类免疫细胞，在人体免疫监视和免疫防御过程中发挥重要作用。

辅助性T细胞在不同的微环境作用下分化为不同的效应亚群，m6A是否参与调控辅助性T细胞的亚群分化和功能并不清楚。8月9日，Nature杂志在线发表了来自耶鲁大学Richard A. Flavell教授实验室和暨南大学尹芝南教授实验室合作的题为“m6A mRNA methylation controls T cell homeostasis by targeting IL-7/STAT5/SOCS pathway”的最新研究论文， 首次报道了m6A mRNA修饰在哺乳动物免疫细胞中的生理功能。

该项研究发现，m6A通过靶向Naïve CD4 T细胞中IL-7/STAT5/SOCS信号通路中的信号分子mRNA来调控Naïve CD4 T细胞的分化，从而维持免疫系统的动态平衡。METTL3作为重要的甲基转移酶调控m6A RNA甲基化修饰，在CD4 T细胞中特异性敲除Mettl3基因，Naïve CD4 T细胞的分化受阻，从而抑制了T细胞过继转输诱导的肠炎模型中肠炎的发生。该项研究首次揭示了体内m6A甲基化修饰在T细胞介导的肠炎中的生理功能，为T细胞体内稳态和信号依赖的mRNA的降解提供了新的分子机制。鉴于该工作的重要意义，BioArt特别邀请了上海市免疫研究所的资深研究员李斌老师对该工作进行点评，以飨读者！

论文解读：

m6A （N6-腺苷甲基化修饰）是RNA中最丰富、分布最广泛的RNA修饰【2】。2011年，m6A RNA去甲基化酶FTO的发现【1】，让人们重新开始关注RNA甲基化修饰在生理上的作用。近期研究发现，在胚胎干细胞（ESC）中敲除m6A甲基化酶METTL3后，在诱导分化条件下，ESC仍持续高表达多潜能相关基因（Oct3/4、Nanog、Rex1），无法上调分化相关基因(Gata6、Sox1、Otx2等)的表达，使ESC一直处于多潜能化阶段【3,4】。与ESC分化类似，Naïve T细胞可在体内/外特定分化条件下分化为不同的T细胞亚群，但m6A在T细胞稳态和分化中的作用仍然未知。

在这项研究中，研究人员通过构建CD4-Cre Mettl3fl/fl条件性敲除小鼠（以下简称KO鼠）系统性地研究了N6-腺苷甲基化修饰调控T细胞稳态的分子机制。该研究发现，分选的Naïve CD4 T细胞在体外相应的细胞因子诱导下，KO小鼠来源的Naïve T细胞分化为Th1和Th17细胞的比例显著下降，分化为Th2细胞的比例显著上调，而Treg细胞比例几乎没有变化。且在将KO小鼠CD4+CD25-CD45RBhi naïve T细胞转输至RAG2-/-小鼠体内后，无法诱导小鼠慢性肠炎。对转输至RAG2-/-小鼠体内的细胞进行分析发现：1） KO小鼠Naive T细胞可在RAG2-/-小鼠体内长期存活（至少12周）；2） 转输的KO小鼠Naive T细胞无法进行稳态增殖和分化，始终维持Naive T细胞状态 (图1) 。

图1. Mettl3 KO Naive T细胞转输至RAG2-/-小鼠体内不会导致自发性肠炎（a），继续保持初始状态，无法进行稳态增殖（b）。

Naïve T细胞的稳态和存活主要受IL-7/STAT5和TCR信号通路共同调控【8】。因此，METTL3的敲除可能影响了IL-7R下游信号分子，从而影响了转输的T细胞的增殖和分化。为了验证这一猜想，分选的WT和KO小鼠的Naïve T细胞体外给予IL-7/IL-2或anti-CD3/CD28刺激，实验结果表明KO小鼠 Naive T细胞的IL-7信号通路下游的JAK1 和STAT5 磷酸化水平显著降低，而TCR下游信号分子ERK和AKT的本底磷酸化程度增强。进一步研究发现，KO小鼠 Naive T细胞中，一类细胞因子信号抑制分子（SOCS）家族的mRNA水平显著上调，这其中包括SOCS1、SOCS3、CISH，而这些蛋白是已知的IL-7信号抑制分子，其中SOCS1还可抑制Ras-GAP的活性, 从而促进ERK和AKT的磷酸化。上述结果揭示了为何KO小鼠 Naive T细胞无法稳态增殖却可以长期存活，同时也表明，m6A可靶向SOCS蛋白家族，调控IL-7和TCR信号通路，影响Naive T细胞的稳态增殖和分化。

有研究表明，大部分基因（~87%）的mRNA丰度的变化主要是由mRNA的转录速率决定的，但小部分基因（~13%）的mRNA丰度是由降解速率决定【9】。这一小部分基因主要为早期快速诱导基因，而SOCS家族的大部分成员属于IL-7刺激诱导的早期快速诱导基因。然而，T细胞中的m6A其如何选择性靶向SOCS蛋白家族呢？通过RNA降解试验以及全基因组测序的s4U-Seq试验发现: 1） IL-7可诱导SOCS mRNAs的快速降解，解除SOCS家族蛋白对IL-7受体信号通路的抑制作用，促进Naïve T细胞重编程（Reprogram）进而启动T细胞的增殖、分化；2）m6A介导了一类基因（包括SOCS 基因）mRNAs的快速降解（图2）。

图2. m6A控制T细胞稳态分布的分子机制。 a. Mettl3 KO 初始T细胞内的Socs基因表达升高阻止了IL-7诱导的激活；b.初始T细胞激活的新模型。

机体内T细胞的稳态为机体免疫监视和免疫防御提供了重要保障。该项研究首次揭示了体内m6A甲基化修饰在T细胞介导的肠炎中的生理功能，阐明了m6A甲基化修饰在调控辅助性T细胞的效应分化中的作用，为T细胞体内稳态和信号依赖的mRNA的降解提供了新的分子机制，并且表明m6A RNA修饰系统可以作为减轻自身免疫疾病的药物靶点。

据悉，该论文的通讯作者为耶鲁大学的Richard A. Flavell教授，李华兵博士及以及暨南大学的尹芝南教授。耶鲁大学Richard Flavell实验室的李华兵博士、暨南大学和耶鲁大学联合培养的尹芝南教授的博士生童吉宇、以及Richard Flavell实验室的朱书博士为这篇论文的共同第一作者。该工作的一部分受到了国家自然科学基金委重大国际合作项目和“111计划”的支持。这篇论文的共同第一作者朱书博士现已全职回到中国科学技术大学任教授。这篇论文的第一作者兼共同通讯作者李华兵博士目前已全职回到上海交通大学医学院上海市免疫学研究所组建独立实验室，继续开展m6A的后续相关工作。上海市免疫学研究所是由上海市科委、上海市教委和上海交通大学医学院共建的我国第一家从事免疫学研究的专门机构，近年来，在中组部/上海市“千人计划”专家、长江学者讲座教授、上海交通大学“王宽诚”讲席教授苏冰所长的带领下，已经成为中国的免疫学研究重镇。值得注意的是，苏冰教授是耶鲁大学博士，2012年全职归国前是耶鲁大学医学院免疫系的终身教授，期间Flavell教授是他的系主任。源于这一特殊关系，Richard Flavell教授决定在上海交通大学医学院担任即将成立的上交大-耶鲁免疫代谢中心主任，并且在苏冰教授和李华兵研究员的协助下在上海交通大学医学院建立实验室，直接在中国指导博士生和博士后，为推动上海市免疫学研究所和中国的免疫学研究尽力作出贡献。

原文链接：

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature23450.html

专家点评：

李斌丨上海市免疫所余㵑学者，分子免疫学课题组组长，资深研究员，国家“杰青”

Comments：耶鲁大学Flavell实验室李华兵博士、朱书博士与暨南大学尹芝南实验室博士生童吉宇等密切合作，通过研究RNA甲基化修饰酶类复合体 METTL3/METTL14家族蛋白的体内生理功能，发现T细胞特异性缺失RNA腺苷甲基转移酶(m6A writer)的小鼠，体内T细胞分化受阻，免疫稳态被打破。其机制涉及到RNA腺苷甲基转移酶特异性调控“信号依赖性早期反应基因”如SOCS家族蛋白编码基因SOCS1，SOCS3和Cish转录体mRNA的3'UTR的m6A修饰及其mRNA的降解周期被打破,影响到初始T细胞分化发育至关重要的IL-7/STAT5信号通路的激活。该研究发现了m6A mRNA 甲基化的体内生理功能，对研究不同类型mRNA 甲基化的体内调控机制及其在不同组织或发育不同阶段的体内生理功能具有开创性意义。