哺乳动物早期胚胎发育经历两次关键的细胞命运决定:第一次在8-16细胞阶段,形成滋养层(TE)与内细胞团(ICM);第二次在胚胎期3.5天(E3.5),ICM进一步分化为上胚层(EPI)与原始内胚层(PrE)。PrE的形成依赖GATA6等先锋转录因子在短时间内快速上调。然而,这些转录因子蛋白水平如何在命运决定早期被快速提升,一直是发育生物学的关键难题。

2026年4月28日,同济大学高绍荣、高亚威团队与北京大学刘军团队在 Nature Communications 在线发表题为"Epitranscriptomic regulation of mRNA stability in pivotal transcription factors modulates the second cell fate decision"的研究论文,揭示了RNA上的N6-甲基腺苷(m6A)修饰通过调控mRNA稳定性,精细引导第二次细胞命运决定的机制。
南模生物为该研究提供了CAG-GFP绿色荧光报告小鼠。
早期胚胎中mRNA稳定性整体升高,优先稳定PrE相关基因
团队首先对小鼠早期胚胎进行转录组分析,发现从8细胞期到囊胚期,mRNA的整体稳定性明显升高,且这种升高先于谱系快速特化。利用外显子-内含子拆分分析(EISA)等方法,团队确认这一稳定性的提升主要源于转录后调控,而非可变剪接改变。更关键的是,PrE特异基因的稳定程度显著高于EPI或其他谱系基因,提示mRNA稳定性增强主要服务于PrE谱系的发育。
m6A甲基转移酶复合体缺失,损害PrE分化
随后,团队将视角聚焦到m6A修饰。他们发现mRNA稳定性的升高与m6A修饰水平呈正相关,而m6A正是通过其"写入"复合体(MTC)发挥作用。在体外利用全能样细胞和扩展多能干细胞诱导PrE分化的体系中,敲降MTC组分VIRMA或METTL3,均显著抑制PrE谱系细胞的分化、降低GATA6表达,并使细胞向EPI谱系偏移。
体内验证:敲除VIRMA/METTL3破坏胚胎PrE谱系发育
为在体内确证,团队通过向受精卵共注射多条sgRNA与Cas9 mRNA,构建了Virma与Mettl3敲除胚胎。结果显示,敲除任一基因均导致E4.5胚胎中SOX17阳性的PrE谱系细胞显著减少,而EPI(OCT4阳性)细胞增多,ICM总数无明显变化,TE谱系仅轻微减少。这表明m6A的缺失特异性地扰乱了PrE的分化进程。
机制:VIRMA沉积m6A,IGF2BP3识别并稳定靶mRNA
深入机制上,团队证明VIRMA在Gata6等PrE特异转录本上沉积m6A修饰,而m6A"阅读"蛋白IGF2BP3识别这些修饰后,增强了靶mRNA的稳定性并提升蛋白产出,从而促进PrE发育。敲降这些调控蛋白或定点去除Gata6上的m6A,都会在体内外损害PrE分化,并导致囊胚形成与类囊胚发育缺陷。
综上所述,此研究将m6A依赖的转录后调控定位为胚胎发育能力的关键"守门员",它作用于转录因子上游,精细调节谱系决定的节奏与精度,为干细胞工程及发育缺陷的干预提供了潜在思路。
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