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lncRNA ceRNA机制和m6A修饰
  • linc1281是mESC(小鼠胚胎干细胞)分化所必须的分子

1)linc1281在mESC中表达丰度高;而在分化后的细胞中表达量低;

2)FISH实验(下图左)及细胞浆/细胞核PCR(下图右)表明linc1281主要分布于细胞浆;

3)敲低linc1281并不会影响mESC的自我更新,但是会影响mESC的分化。


  • Linc1281上有m6A修饰

1)MeRIP-PCR实验证明,m6A抗体富集的RNA片段中有丰富的linc1281(下图左);

2)敲低Mettl3(Mettl3:m6A甲基化修饰酶)显著降低linc1281的甲基化修饰(下图中),但不影响linc1281的表达(下图右);

  • m6A修饰参与linc1281调控小鼠胚胎干细胞的分化

1)在linc1281最后一个外显子上发现3个m6A motif(RRACU),为潜在的m6A修饰位点(下图);

2)构建linc1281 motif 腺嘌呤突变(点突变:A-G/A-T或A缺失突变)的病毒载体,转染入HEK293FT细胞,结果发现在motif腺嘌呤突变的几组细胞中,m6A水平显著下降,表明linc1281的m6A修饰主要就是发生在这几个motif位置;

3)为了研究m6A修饰对linc1281表达和功能的影响,在linc1281敲低细胞(记为sh1281)中过表达野生型linc1281(记为sh1281+linc1281)、motif中心位置A-G突变的linc1281 (记为sh1281+A-G)和motif其他位置A突变的linc1281(记为NC,motif中心位置的A依然保留),PCR显示各类型细胞中linc1281的表达丰度均恢复,且表达丰度无显著差异;另外,sh1281+linc1281和sh1281+NC恢复了促进胚胎干细胞分化的能力,而sh1281+A-G仅恢复了有限的分化能力。综合这些结果,研究者认为,linc1281的表达丰度并不是表型变化的影响因素,而充足的m6A修饰对于linc1281调控mESC分化是必须的。


  • 在mESC中,Linc1281通过吸附 let-7家族miRNAs发挥作用 

因lincRNA主要分布于细胞浆中,因此作者认为linc1281很可能是一类ceRNA,发挥转录后调控作用。

1)预测linc1281可能结合的miRNA,研究者发现let-7家族的很多miRNA能和linc1281直接结合。鉴于已有研究表明let-7/Lin28在干细胞干性中的重要作用,研究者将目标锁定在linc1281-let-7/Lin28通路上;

2)荧光素酶报告实验(下图左)和RIP实验(下图中和右)表明,linc1281和let-7 miRNAs间有直接的结合作用(与control比较,荧光信号强度显著下降)。同时在linc1281敲低和敲除的细胞中,let-7的表达量显著上升,这种负相关也符合ceRNA机制中表达负调控关系。此外,随着let-7表达量提升,let-7靶基因Lin28蛋白表达量显著降低。综合以上,linc1281竞争性结合let-7,发挥ceRNA作用。

  • m6A修饰对于linc1281介导的ceRNA机制是必须的

为了研究m6A修饰对于linc1281结合let-7的影响,作者进行了如下实验:

1)在linc1281敲低的细胞(sh1281)中,过表达野生型linc1281(记为sh1281+linc1281)、A-G突变linc1281(记为sh1281+A-G)和非motif中心位置A突变的1281(记为sh1281+NC,motif中心位置的A依然保留),PCR结果显示各组细胞中linc1281表达量无差异,let-7的表达量在sh1281+linc128和sh1281+NC显著下降,而在sh1281+A-G中let-7表达量较高,研究者认为可能是A-G突变导致的不足量的m6A修饰导致了这一结果,研究者认为m6A修饰可能直接参与了linc1281和let-7的互作。


2)作者又研究了甲基化修饰酶对于linc1281与let-7结合的影响:在Mettl3敲低的mESC细胞(记为shMettl3)和对照细胞(记为shcontrol)中,共转入linc1281报告基因和miRNA mimics(control mimics或let-7 miRNAs mimics)。在shcontrol组,共转入linc1281报告基因和let-7 miRNAs mimics细胞的荧光信号强度显著下降(下图左);而在shMettl3组中,荧光信号强度未有显著差异(下图右)。结果说明Mettl3对于let-7结合linc1281是至关重要的。

补救实验:作者在shMettl3 mESC细胞中过表达野生型Mettl3或催化活性灭活的突变型Mettl3(下图左),然后检测linc1281的m6A水平,结果发现过表达野生型Mettl3的细胞,linc1281的m6A修饰水平得以补救,而过表达突变型Mettl3的细胞中,linc1281的m6A水平未发生变化(下图右)。实验说明了,linc1281的m6A甲基化依赖于Mettl3的酶活性。

3)为了排除是因为Mettl3缺失导致的广泛的m6A修饰水平下降而导致的上述结果,作者在野生型NIH/3T3细胞中共转入野生型linc1281或motif中心位置腺嘌呤点突变linc1281(A-T或A-G或A缺失)或motif其他位点突变的linc1281 (记为NC mutant或A916-C,motif中心位置的A依然保留) 的荧光报告载体和let-7 mimics。结果显示,转入野生型linc1281的细胞的荧光信号强度显著下降,而转入腺嘌呤点突变linc1281的细胞的荧光信号未有显著变化,同时在转入motif其他位点突变linc1281的细胞中,荧光信号强度也显著下降。

进一步,在shMettl3和shcontrol细胞中共转入NC mutant+miRNA mimics或A-G点突变linc28+miRNA mimics。结果显示,在shcontrol细胞中,转入NC mutant+miRNA mimics后,因依然存在Mettl3,荧光信号明显减弱;而在shMettl3细胞中,转入不同的linc1281,荧光信号强度并未有明显的差异。


以上所有实验,证实linc1281上的m6A修饰对于其与let-7互作至关重要。


  • Let-7/Lin 28 通路可完全恢复linc1281缺陷mESC的分化能力

1)linc1281敲低的细胞(记为sh1281)中,let-7表达量升高,lin28的表达量下降;

2)作者建构了人工let-7吸附海绵,并转入sh1281细胞中,结果let-7的表达受到抑制,sh1281 mESC的分化能力得以恢复,证实let-7的确是linc1281的靶分子;

3)为了研究let-7靶蛋白Lin28是否参与了linc1281-let-7通路,作者在sh1281细胞中过表达Lin28a或Lin28b,然后比较细胞的分化能力的变化,结果发现mESC的表型也得到了补救。

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