家蚕胚胎发育过程中RNA m6A甲基化及相关修饰酶的作用研究

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RNA m6A(RNA N6-methyladenine,RNA m6A)是发生在RNA腺嘌呤(A)第六位氮原子(N)上的转录后修饰。作为一种由甲基化酶和去甲基化酶以及识别蛋白所共同催化的动态可逆的修饰方式,其在基因表达的调控、动物的生长发育、和人类各种疾病等各方面发挥着重要作用。已有研究表明家蚕胚胎发育整个时期存在RNA m6A修饰且与家蚕基因表达调控相关联。因此,研究家蚕P50品系的胚胎发育和RNA m6A修饰之间的关系,期望能够对家蚕RNA m6A的研究做出一定程度上的补充。本研究以家蚕P50品系为材料,在个体水平通过LC-MS/MS技术对该品系胚胎发育过程中RNA m6A修饰水平进行测定,比较滞育前后RNA m6A含量变化,通过RT-q PCR技术检测相关酶的相对表达水平;在细胞水平通过RNAi技术对甲基化酶进行干扰,检测细胞周期的变化情况,主要结果如下:1.RNA m6A甲基化酶生物信息学分析。通过对家蚕RNA m6A甲基化酶METTL3、METTL14的结构域分析同源性比对和进化树分析发现,家蚕(Bombyx mori)与黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)、赤拟谷盗(Tribolium castaneum)以及哺乳动物人类(H.sapiens)都存在一个相同的结构域。此外,家蚕METTL3和METTL14与其同属于鳞翅目的昆虫棉铃虫的亲缘关系最为接近。这些结果表明,RNA m6A甲基化酶在进化过程中是非常保守的。2.家蚕胚胎发育时期RNA m6A含量分析。通过LC-MS/MS质谱测定发现,RNA m6A存在家蚕胚胎全部发育过程,但整体RNA m6A修饰水平较低;另外,通过比较盐酸处理前后(产后2d-5d)RNA m6A水平发现,解除滞育后胚胎的RNA m6A水平显著高于滞育蚕卵。3.RNA m6A甲基化酶和去甲基化酶相对表达量分析。首先,甲基化酶METTL3、METTL14和去甲基化酶ALKBH5在未浸酸胚胎中均有一定程度的表达;其次,在浸酸处理之后,四种酶的相对表达量较浸酸前总体表达趋势都有显著性升高。4.RNA m6A甲基化酶和去甲基化酶的组织表达。METTL3、METTL14和FTO、ALKBH5广泛的分布在家蚕的各个组织中。METTL3、METTL14和ALKBH5均在精巢和卵巢中表达量较高,其他组织中表达量较低。5.家蚕Bm N细胞中甲基化酶的干扰和细胞周期的检测。干涉METTL3、METTL14后,G1期细胞数量均显著降低;对于METTL3而言,细胞的细胞周期滞留在S期,无法正常通过该时期并进入G2/M期。METTL14中G2/M期细胞数也明显降低,细胞增殖受到影响。综上所述,本研究从家蚕胚胎中检测出RNA m6A甲基化修饰,并发现未浸酸卵RNA m6A水平较低,浸酸卵RNA m6A水平有显著的升高;在不同胚胎发育过程RNA m6A甲基化酶和去甲基化酶的表达水平在浸酸后也有所升高,以及METTL3、METTL14和ALKBH5基因在精巢和卵巢中表达量较高;在细胞水平构建甲基化酶METTL3和METTL14干扰表达体系,干涉后细胞周期的G1期细胞数下降,S期细胞数显著升高,细胞无法正常的进入G2/M期,细胞的增殖受到影响。这些研究结果将为全面揭示家蚕滞育机理,理解家蚕的胚胎发育与RNA m6A甲基化修饰的相互关系提供了新的线索。
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