METTL3調控m6A甲基化修飾對小鼠脂肪細胞發育的重要作用
文章導讀
今 天我們為大家解讀一篇今年4月3日發表在Nature communication（IF=11.878）的文章，作者研究了m6A修飾對小鼠脂肪組織發育的影響。
棕色脂肪組織(BAT)通過線粒體產生并耗散熱量，對機體起到保暖和控制肥胖的重要作用，而BAT的出生后發育，正是它們獲得這些功能的關鍵。已有研究表明m6A修飾可以調控白色脂肪細胞在體外分化，但是否也能影響棕色脂肪組織的發育還不得而知。因此，本文作者通過m6A測序&轉錄組測序檢測了甲基化酶Mettl3敲除小鼠的BAT中甲基化水平和基因表達，探究了METTL3對BAT發育中關鍵基因的m6A修飾和表達的影響。
今 天我們為大家解讀一篇今年4月3日發表在Nature communication（IF=11.878）的文章，作者研究了m6A修飾對小鼠脂肪組織發育的影響。
棕色脂肪組織(BAT)通過線粒體產生并耗散熱量，對機體起到保暖和控制肥胖的重要作用，而BAT的出生后發育，正是它們獲得這些功能的關鍵。已有研究表明m6A修飾可以調控白色脂肪細胞在體外分化，但是否也能影響棕色脂肪組織的發育還不得而知。因此，本文作者通過m6A測序&轉錄組測序檢測了甲基化酶Mettl3敲除小鼠的BAT中甲基化水平和基因表達，探究了METTL3對BAT發育中關鍵基因的m6A修飾和表達的影響。
發表期刊：Nature Communications
影響因子：11.878
發表時間： 2020.4.3
實驗方法: m6A-seq, RNA-seq（云序可提供以上服務）
文章鏈接：METTL3 is essential for postnatal development of brown adipose tissue and energy expenditure in mice
研究內容
（1）甲基化酶METTL3對肩胛間棕色脂肪組織發育起重要作用
首先，作者驗證了相較白色脂肪組織（WAT），METTL3蛋白在肩胛間棕色脂肪組織（iBAT）中更加富集，并且在iBAT發育過程中，METTL3蛋白與產熱相關蛋UCP1的表達趨勢一致，表明METTL3很可能對iBAT的出生后發育起到重要作用。
影響因子：11.878
發表時間： 2020.4.3
實驗方法: m6A-seq, RNA-seq（云序可提供以上服務）
文章鏈接：METTL3 is essential for postnatal development of brown adipose tissue and energy expenditure in mice
研究內容
（1）甲基化酶METTL3對肩胛間棕色脂肪組織發育起重要作用
首先，作者驗證了相較白色脂肪組織（WAT），METTL3蛋白在肩胛間棕色脂肪組織（iBAT）中更加富集，并且在iBAT發育過程中，METTL3蛋白與產熱相關蛋UCP1的表達趨勢一致，表明METTL3很可能對iBAT的出生后發育起到重要作用。
METTL3和UCP1在不同組織和發育過程中的表達
接著，作者敲除了小鼠iBAT中的Mettl3，通過與正常小鼠的比較，發現Mettl3敲除小鼠（BKO）的iBAT在發育過程中由于其中脂肪細胞脂滴積累而異常增大增重，并且產熱相關蛋白UCP1的表達被抑 制，進一步表明METTL3與iBAT的出生后發育相關。
BKO小鼠和control小鼠METTL3和UCP1表達
（2）BAT中敲除Mettl3對基因表達的影響
為了研究iBAT發育中的分子機制，作者進行了RNA-seq(云序可提供此服務)，分析比較了BKO和正常小鼠的iBAT中基因的表達情況。GO分析表明BKO小鼠iBAT下調基因中富集了與發育、產熱等功能相關基因，而上調基因中富集的多與炎癥、肌肉發育相關。qPCR(云序可提供此服務)驗證到iBAT的標志基因如adiponectin, aP2, Pparg, Glut4和 Cebpα在BKO小鼠中大幅降低，另外還有產熱相關基因、線粒體氧化磷酸化相關基因被驗證到下調。而被驗證到的肌肉發育相關基因的上調，指示了METTL3缺失可能導致BAT向及細胞轉化，影響iBAT正常發育。
為了研究iBAT發育中的分子機制，作者進行了RNA-seq(云序可提供此服務)，分析比較了BKO和正常小鼠的iBAT中基因的表達情況。GO分析表明BKO小鼠iBAT下調基因中富集了與發育、產熱等功能相關基因，而上調基因中富集的多與炎癥、肌肉發育相關。qPCR(云序可提供此服務)驗證到iBAT的標志基因如adiponectin, aP2, Pparg, Glut4和 Cebpα在BKO小鼠中大幅降低，另外還有產熱相關基因、線粒體氧化磷酸化相關基因被驗證到下調。而被驗證到的肌肉發育相關基因的上調，指示了METTL3缺失可能導致BAT向及細胞轉化，影響iBAT正常發育。
BKO小鼠和control小鼠BAT中基因的表達
（3）BAT中敲除Mettl3對m6A修飾的影響
作者通過m6A-seq(云序可提供此服務)分析比較了敲除Mettl3對iBAT中mRNA的m6A修飾的影響。分析發現Mettl3敲除導致甲基化位點由集中在3’UTR區變為更加分散，大部分轉錄本的甲基化程度降低，甲基化位點motif也有所變化。
作者通過m6A-seq(云序可提供此服務)分析比較了敲除Mettl3對iBAT中mRNA的m6A修飾的影響。分析發現Mettl3敲除導致甲基化位點由集中在3’UTR區變為更加分散，大部分轉錄本的甲基化程度降低，甲基化位點motif也有所變化。
BKO小鼠和control小鼠BAT中的m6A修飾
聯合RNA-seq(云序可提供此服務)，篩選出甲基化程度和表達均下調的iBAT標志基因Pparg,和產熱相關基因Prdm16和Ucp1，并通過qPCR和MeRIP-qPCR進行了驗證，熒光素酶實驗(云序可提供以上服務)進一步驗證了METTL3與這3個靶基因的3’UTR區結合，另外也驗證了m6A reader蛋白YTHDF2和YTHDF3也與3個靶基因結合。這些實驗結果暗示METTL3和YTHDF2/3共同作用調節BAT發育。
METTL3與Pparg，Prdm16和Ucp1結合
（4）體外細胞實驗驗證METTL3對棕色脂肪形成的作用
為驗證METTL3是否直接影響棕色脂肪細胞的分化，作者分離出正常小鼠的棕色前體脂肪細胞，通過轉染敲除Mettl3，發現前體細胞發生分化異常，并且其內棕色脂肪細胞標志基因、分化相關基因、產熱相關基因、脂肪生成和分解基因、脂肪酸氧化基因等表達均下調。線粒體數量也下降了33%。這些結果提示METTL3對棕色脂肪的形成是必須的。
為驗證METTL3是否直接影響棕色脂肪細胞的分化，作者分離出正常小鼠的棕色前體脂肪細胞，通過轉染敲除Mettl3，發現前體細胞發生分化異常，并且其內棕色脂肪細胞標志基因、分化相關基因、產熱相關基因、脂肪生成和分解基因、脂肪酸氧化基因等表達均下調。線粒體數量也下降了33%。這些結果提示METTL3對棕色脂肪的形成是必須的。
敲除Mettl3導致脂肪形成相關基因下調
（5）體內實驗驗證Mettl3基因對能量消耗的影響
為驗證METTL3對產熱的影響，比較了攝食量相等的情況下，BKO小鼠耗氧量和產二氧化碳量相對正常小鼠均下降，表明BKO小鼠產熱量降低。血清中游離脂肪酸含量上升，也表明BKO小鼠產熱能力異常。另外，慢性寒冷暴露實驗還驗證了Mettl3敲除影響了小鼠肩胛間白色脂肪細胞的棕色化。這些結果表明，Mettl3對小鼠通過BAT產熱和御寒至關重要。
為驗證METTL3對產熱的影響，比較了攝食量相等的情況下，BKO小鼠耗氧量和產二氧化碳量相對正常小鼠均下降，表明BKO小鼠產熱量降低。血清中游離脂肪酸含量上升，也表明BKO小鼠產熱能力異常。另外，慢性寒冷暴露實驗還驗證了Mettl3敲除影響了小鼠肩胛間白色脂肪細胞的棕色化。這些結果表明，Mettl3對小鼠通過BAT產熱和御寒至關重要。
BKO小鼠和control小鼠耗氧量
（6）BAT中敲降Mettl3基因導致小鼠產生高脂肪飲食誘導的肥胖的傾向
已知產熱降低可能會導致肥胖，為了驗證Mettl3表達是否也會與胖相關，作者比較了高脂肪含量飲食喂食后的BKO小鼠和正常小鼠，發現BKO小鼠體重增加更多，脂肪重量增加，iBAT和肝臟增重并且重量比值增加，血清甘油三酯升高，染色顯示BKO小鼠脂肪細胞肥大、肝脂肪積累， 這些表明BKO小鼠更傾向于發生高脂肪飲食誘導的肥胖。另外，葡萄糖耐受實驗和胰島素耐受實驗表明Mettl3敲除會使小鼠產生胰島素耐受，降低對葡萄糖的調節，導致系統能量平衡異常，引起肥胖。
已知產熱降低可能會導致肥胖，為了驗證Mettl3表達是否也會與胖相關，作者比較了高脂肪含量飲食喂食后的BKO小鼠和正常小鼠，發現BKO小鼠體重增加更多，脂肪重量增加，iBAT和肝臟增重并且重量比值增加，血清甘油三酯升高，染色顯示BKO小鼠脂肪細胞肥大、肝脂肪積累， 這些表明BKO小鼠更傾向于發生高脂肪飲食誘導的肥胖。另外，葡萄糖耐受實驗和胰島素耐受實驗表明Mettl3敲除會使小鼠產生胰島素耐受，降低對葡萄糖的調節，導致系統能量平衡異常，引起肥胖。
敲除Mettl3對小鼠肝臟、胰島素耐受的影響
總結
本文作者通過對敲除了甲基化酶Mettl3的小鼠和正常小鼠的棕色脂肪組織進行RNA-seq和m6A-seq，多組學聯合分析，并結合qPCR、MeRIP-qPCR、熒光素酶實驗和體內外表型實驗，發現了棕色脂肪組織中甲基化酶METTL3和reader YTHDF2/3共同作用，結合iBAT標志基因Pparg,和產熱相關基因Prdm16和Ucp1的3’UTR區調節m6A修飾和靶基因表達。而缺少METTL3會影響棕色脂肪細胞分化和棕色脂肪組織形成，導致小鼠產熱減少，耐寒能力降低，并產生高脂肪飲食誘導的肥胖傾向。本文揭示了甲基化酶Mettl3通過調控m6A修飾從而影響小鼠棕色脂肪細胞的發育和能量平衡。
本文作者通過對敲除了甲基化酶Mettl3的小鼠和正常小鼠的棕色脂肪組織進行RNA-seq和m6A-seq，多組學聯合分析，并結合qPCR、MeRIP-qPCR、熒光素酶實驗和體內外表型實驗，發現了棕色脂肪組織中甲基化酶METTL3和reader YTHDF2/3共同作用，結合iBAT標志基因Pparg,和產熱相關基因Prdm16和Ucp1的3’UTR區調節m6A修飾和靶基因表達。而缺少METTL3會影響棕色脂肪細胞分化和棕色脂肪組織形成，導致小鼠產熱減少，耐寒能力降低，并產生高脂肪飲食誘導的肥胖傾向。本文揭示了甲基化酶Mettl3通過調控m6A修飾從而影響小鼠棕色脂肪細胞的發育和能量平衡。
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