MeRIP揭示m6A修饰在肺动脉高压发病机制中的潜在作用

肺动脉高压（pulmonary arterial hypertension， PAH）是一种不可逆的心血管疾病，其特征是肺血管阻力进行性增加，最终导致肺动脉高压和右心衰竭。PAH主要成因包括血管收缩、肺血管重塑和细胞外基质（ECM）沉积。肺血管重塑主要由肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）的过度增殖和抗凋亡能力引起。PAH是一种涉及遗传、环境和表观遗传等多种因素的复杂疾病。表观遗传变化在血管重塑中的发病机制已被证实，但关于逆转PAH的特定表观遗传靶点的了解仍然有限。

N6-甲基腺苷（m6A）是一种丰富的内源性化学修饰，对RNA的剪接、翻译、定位和稳定性起着关键作用。m6A的动态和可逆性由甲基转移酶（writers）、去甲基化酶（erasers）和不同的m6A结合蛋白（readers）调控。已有研究表明，m6A调控因子的表达失衡与多种生物过程功能障碍有关，包括凋亡/增殖、发育异常、肿瘤进展、自我更新能力降低和免疫系统异常。尽管有证据表明m6A酶失调参与了PAH发病机制，但m6A调控因子在PAH中的具体作用尚未明确。

2024年2月4日，中南大学湘雅二医院凤一路博士为第一作者、宋洁为通讯作者在《Biomedicines》杂志发表题为“Transcriptome-Wide N6-Methyladenosine Alternations in Pulmonary Arteries of Monocrotaline-Induced Pulmonary Arterial Hypertension in Rats and Novel Therapeutic Targets”的研究论文，文章通过甲基化RNA免疫沉淀测序（MeRIP-seq）和RNA转录组测序（RNA-seq）方法，分析单克隆素（MCT）诱导的PAH大鼠模型和对照组肺动脉组织中的mRNA表达和m6A位点变化，通过GO和KEGG通路富集分析进一步分析差异表达基因的功能。探讨了m6A调控因子表达及其在调控PASMC生物学行为中的作用，以揭示潜在的分子机制。

研究摘要：

本研究利用MeRIP-seq和RNA-seq研究对照组和野百合碱（monocrotaline）诱导的PAH大鼠肺动脉组织中m6A和RNA表达差异。使用GO和KEGG进行功能富集分析，研究了差异表达功能。为了筛选候选m6A相关基因，使用STRING和Metascape数据库构建了蛋白质-蛋白质互作（protein-protein interaction，PPI）网络，并通过对候选相关基因表达进行实时PCR验证。使用免疫组化染色、免疫荧光和Western blot技术进一步研究了m6A调控因子的表达水平，并对大鼠肺动脉平滑肌细胞（PASMC）进行增殖实验。研究共鉴定出42个差异表达基因，这些基因的m6A甲基化水平表现出增加或减少（高甲基化或低甲基化）。主要与细胞外基质结构、MAPK和PI3K/AKT通路相关。在PAH组中检测到候选基因着丝粒蛋白F（CENPF）表达增加。研究首次鉴定出一种富含亮氨酸的五肽重复序列（LRPPRC）的m6A reader，该reader在PAH大鼠模型中表达下调。体外实验中，siRNA介导的Lrpprc下调导致大鼠PASMC增殖增强和Cenpf mRNA表达升高。本研究结果揭示了PAH大鼠肺动脉中转录组范围的m6A修饰图谱变化和相关调控机制，可能为未来治疗策略提供新的靶点。

研究思路：

研究结果

（1）PAH大鼠模型的m6A基本特征

图1： PAH大鼠模型的m6A基本特征。组织来自肺动脉，每组n=3。

• 维恩图显示了两组中m6A peaks（左）和基因（右）的重叠。

• 饼图显示了转录本四个不重叠区域（（5' UTR、CDS、3' UTR和其他区域）的m6A peaks百分比。

• 密度曲线显示m6A peaks在转录本中的分布。转录本分为三部分，即5'UTR、CDS和3'UTR。

• 两组不同数量m6A peaks的基因比例。

• 两组RRACH motif情况。

m6A：N6-甲基腺苷；PAH：肺动脉高压；MCT：野百合碱；UTR：非翻译区；CDS：编码序列。

（2）PAH中的差异m6A分析



图2：PAH中的差异m6A分析。

• 相对于对照组，MCT组中差异表达的m6A peaks火山图（| log2 FC |>0.585，p<0.05）。

• 差异m6A peaks中富集的前五个motif。

• 具有差异m6A的上调m6A标记的转录本GO分析。

• 具有差异m6A的下调m6A标记的转录本GO分析。

• 具有差异m6A的上调m6A标记的转录本KEGG分析。

• 具有差异m6A的下调m6A标记的转录本KEGG分析。

FC：倍数变化；GO：基因本体论；KEGG：京都基因与基因组百科全书。



表1：差异甲基化m6A peaks和相关基因数

（3）m6A修饰基因的转录谱



图3：m6A修饰基因的转录谱。

• 差异表达基因的火山图。

• 具有显著变化的peak差异表达基因的四象限图。

• 总体m6A与mRNA表达水平呈正相关（r=0.1517793，p＜0.05）。

D-E. GO和KEGG分析分别具有显著变化peak的差异表达基因。

F-G. 两个数据集的DEG分布的火山图。红点代表上调DEG，蓝点代表下调DEG，黑点代表非DEG。

H. 在两个数据集中同时上调的DEG。

• 在两个数据集中同时下调的DEG。DEG：差异表达基因。



表2：数据库中基因的mRNA表达水平（Log2（FC））

（4）PPI网络建立和候选基因鉴定



图4：蛋白质-蛋白质互作（PPI）网络建立和候选基因鉴定。

A–C. 基于上述基因构建的中枢网络。

D. MCT组和对照组（每组n=6）肺组织中Cenpf的相对mRNA表达，数据代表平均值±SEM，并使用Student t检验比较两组组间差异。

E. 血小板衍生生长因子BB（PDGF-BB）刺激（30 ng/mL）下，大鼠PASMC中Cenpf mRNA相对表达水平（每组n=3），以α-Tublin作为内部对照归一化。

F. 人类PASMCs在PDGF-BB刺激下的CENPF mRNA相对表达水平（每组n=3），以GAPDH作为内部对照归一化。

G. 用siRNA转染人PASMC 48h后，经PDGF-BB（30 ng/mL）再处理24h的CENPF mRNA相对表达水平（每组n=3）。

H-I. 以α-Tublin作为内部对照的PCNA蛋白水平的代表性Western blot和定量分析（每组n=3）。

J. 通过IGV观察到Cenpf mRNA转录本上的m6A水平。

PPI：蛋白质-蛋白质互作；SEM：平均值的标准误差；PASMCs：肺动脉平滑肌细胞；PDGF-BB：血小板衍生生长因子BB。

（5）肺动脉高压（PAH）的肺动脉中，leucine-rich pentatricopeptide repeat-containing (LRPPRC) 蛋白表达水平下降



图5： PAH患者的肺动脉LRPPRC表达降低。

• 两组（PAH和对照组）中23个m6A调控因子的表达情况热图。

• 肺组织中LRPPRC的免疫组化染色（每组n=6），条形图=100µm（左图），放大的肺动脉（右图）。

• 肺组织中LRPPRC的免疫荧光染色（每组n=6），血管染色图像（绿色）、目标蛋白染色图像（红色）、细胞核染色图像（蓝色），合并图像（橙色），条形图=50µm。
  D-E. MCT和对照组肺组织中LRPPRC和α-Tubulin的代表性Western blot和定量分析（每组n=6）；数据表示为均值±标准误（SEM），使用学生t检验比较两组。
  F-G. 大鼠PASMCs在PDGF-BB刺激下的LRPPRC水平的代表性Western blot和定量分析（30 ng/mL），以α-Tubulin作为内部对照（每组n=3）。
  H. 在PDGF-BB刺激下（30 ng/mL），人类PASMCs中LRPPRC相对mRNA表达水平，以GAPDH作为内部对照（每组n=3）。
  




表3：m6A调控因子的mRNA表达水平
（6）LRPPRC下调促进PASMC增殖和Cenpf表达





图6：LRPPRC下调促进肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）的增殖和Cenpf表达。
A.在PASMCs中，用siRNA转染PASMC 48小时，然后用PDGF-BB（30 ng/mL）再处理24小时后，Lrpprc水平的相对mRNA表达（每组n=3）。
B-C. 代表性的Western blot和PCNA水平的定量分析，以α-Tubulin作为内部对照归一化（每组n=3）。

• EdU掺入实验评估si-Lrpprc处理的PASMCs在PDGF-BB刺激下的细胞增殖能力。条形图=100µm。目标细胞为红色。

E.计算EdU染色的细胞比率。

F. Cenpf水平的相对mRNA表达（每组n=3）。




参考文献：

Feng Y, Yu Z, Tang M, Li J, Peng B, Juaiti M, Tang Y, Liang B, Ouyang M, Liu Q, Song J. Transcriptome-Wide N6-Methyladenosine Alternations in Pulmonary Arteries of Monocrotaline-Induced Pulmonary Arterial Hypertension in Rats and Novel Therapeutic Targets. Biomedicines. 2024 Feb 4;12(2) pii: biomedicines12020364. doi: 10.3390/biomedicines12020364. PubMed PMID: 38397966

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