M6A è il tipo più comune di modifica chimica sull'mRNA delle cellule eucariotiche, e la sua creazione, lettura e cancellazione sono rispettivamente regolate in modo dinamico e reversibile dalla corrispondente metilasi (scrittore), proteina legante (lettore) e demetilasi (cancellatore). La ricerca ha dimostrato che m6A può partecipare alla regolazione di vari processi fisiologici o patologici nel corpo, tra cui lo sviluppo embrionale, lo sviluppo tumorale e le malattie neurodegenerative, regolando lo splicing, la nucleazione, la stabilità e la traduzione dell'mRNA durante le sue attività del ciclo di vita. Tuttavia, il ruolo regolatore e i meccanismi molecolari chiave di m6A nel mantenimento dell'omeostasi degli organi durante l'invecchiamento fisiologico devono ancora essere chiariti.
Il gruppo di ricerca di Liu Guanghui e il gruppo di ricerca di Qu Jing dell'Istituto di Zoologia dell'Accademia Cinese delle Scienze, insieme al gruppo di ricerca di Ciweimin e al gruppo di ricerca di Zhang Weiqi dell'Istituto di Genomica di Pechino, hanno pubblicato un documento di ricerca intitolato m6A epigenetic regulation of tissue homeostasis during primitive aging online su Nature Aging. In questo studio, abbiamo utilizzato il modello di ricerca multiorgano dell'invecchiamento fisiologico dei primati non umani (scimmia cynomolgus), combinato con il sistema di ricerca basato sull'editing del genoma e sulla differenziazione direzionale delle cellule staminali umane, e abbiamo mappato sistematicamente la mappa dinamica della modifica dell'RNA m6A nel processo di invecchiamento di organi e cellule, analizzato i cambiamenti della modifica della metilazione dell'RNA e della relativa omeostasi dell'espressione genica, ed esplorato il nuovo meccanismo del pathway METTL3 – m6A – NPNT che regola l'invecchiamento del muscolo scheletrico.
Questo studio ha scoperto attraverso l'analisi istologica sistematica del fegato, del muscolo scheletrico e del cuore di scimmie mangiatrici di granchi giovani e anziane che l'aumento dell'accumulo di grasso, la sovraregolazione dei fattori infiammatori e la sottoregolazione della lamina B1 sono caratteristiche comuni dell'invecchiamento nei tre tessuti; lo studio ha anche scoperto cambiamenti degenerativi correlati all'invecchiamento specifici dei tessuti, come l'aumento delle cellule apoptotiche nel muscolo scheletrico, l'atrofia delle fibre muscolari e l'ipertrofia delle fibre miocardiche nel cuore. Inoltre, la correlazione tra la modifica di m6A e l'omeostasi dell'espressione genica, così come la regolazione dell'invecchiamento in diversi tessuti, sono state rivelate attraverso l'analisi congiunta delle mappe di modifica apparente di m6A e delle corrispondenti mappe del trascrittoma dei tre tessuti. Rispetto al fegato e al cuore, gli studi hanno rilevato specificamente una diminuzione della modifica complessiva di m6A e una diminuzione dei livelli di espressione della metiltransferasi METTL3 nel muscolo scheletrico. Inoltre, attraverso la tecnologia CRIPSR/Cas9, sono state stabilite cellule miotubulo knockout METTL3 derivate da cellule staminali embrionali umane. È stato scoperto che l'assenza di METTL3 porta a cambiamenti degenerativi come atrofia, apoptosi e invecchiamento accelerato nelle cellule miotubi, coerenti con il fenotipo dei muscoli scheletrici invecchiati. Ulteriori studi sul meccanismo hanno mostrato che NPNT, come effettore a valle di METTL3, ha svolto un ruolo nel mantenimento della stabilità delle cellule muscolari scheletriche, mentre l'espressione del complemento METTL3 o NPNT mediata dal vettore Lentivirus potrebbe ritardare l'invecchiamento delle cellule miotubi umane in una certa misura. Infine, attraverso il trattamento con inibitori dell'attività enzimatica METTL3 e la sovraespressione di mutanti dell'attività enzimatica METTL3, lo studio ha confermato che METTL3 promuove l'espressione di NPNT e mantiene l'omeostasi delle cellule miotubi in modo dipendente da m6A. È stato anche scoperto che la proteina legante m6A IGF2BP1 può legare e stabilizzare l'mRNA NPNT modificato da m6A.
In sintesi, questo studio rivela i cambiamenti dinamici della modifica m6A in tre importanti organi/tessuti dei primati durante l'invecchiamento fisiologico e la loro relazione con l'omeostasi dell'espressione genica, e chiarisce il ruolo e il meccanismo del pathway METTL3-m6A-NPNT nel mantenimento dell'omeostasi del muscolo scheletrico umano. La ricerca ha approfondito la comprensione degli scienziati del coinvolgimento di m6A nel mantenimento dell'omeostasi della funzione degli organi umani e del meccanismo di regolazione trascrizionale epigenetica dell'invecchiamento. Fornisce una piattaforma sistematica per integrare efficacemente modelli di organi di primati e sistemi derivati da cellule staminali umane per esplorare l'invecchiamento del muscolo scheletrico e fornisce potenziali bersagli molecolari e strategie di intervento per ritardare l'invecchiamento del muscolo scheletrico o trattare malattie degenerative del muscolo scheletrico legate all'età come la sarcopenia.
Il lavoro è stato completato dall'Istituto di Zoologia, dall'Istituto di Genomica di Pechino, dall'Istituto per l'Innovazione delle Cellule Staminali e della Medicina Rigenerativa dell'Accademia Cinese delle Scienze, dall'Ospedale Xuanwu della Capital Medical University, ecc. Il lavoro di ricerca ha ricevuto il supporto del Ministero della Scienza e della Tecnologia, della Fondazione Nazionale per le Scienze Naturali della Cina e dell'Accademia Cinese delle Scienze.
