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ALKBH5在調控WNT5A穩定性促進缺血后血管生成的應用

瀏覽次數:1364 發布日期:2021-6-21  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
文章導讀
近年來研究表明缺血后血管生成是血流恢復和缺血組織修復的關鍵。N6 -甲基腺苷(m6A)在許多生物過程中起著重要作用,但m6A對缺血后血管生成的影響及相關機制尚不完全清楚。本期分享云序客戶上海中山醫院心內科葛均波院士課題組發表的Loss of m6A demethylase ALKBH5 promotes post-ischemic angiogenesis via post-transcriptional stabilization of WNT5A文章,運用MeRIP-seqRNA-seq的方法探討了ALKBH5在缺血性血管生成中的作用,證明其通過m6A依賴的方式調控WNT5A mRNA轉錄后調節和穩定,該結果發現靶向ALKBH5可能是包括外周動脈疾病在內的缺血性疾病的潛在治療選擇,為揭示m6A修飾在缺血性血管生成中發揮作用進行助力,從而為人們治療外周動脈疾病在內的缺血性疾病提供了新的思路。
 
Loss of m6A demethylase ALKBH5 promotes post-ischemic angiogenesis via post-transcriptional stabilization of WNT5A
發表期刊:Clinical and Translational Medicine
影響因子:7.919
研究方法:m6A meRIP-seqRNA-seq、qPCR
文章鏈接:Loss of m6A demethylase ALKBH5 promotes post-ischemic angiogenesis via post-transcriptional stabilization of WNT5A
 
研究內容
(1)缺氧損害血管生成能力并在CMECs中上調ALKBH5的表達
為了闡明m6A在缺血后血管生成中的作用,作者檢測了缺氧損傷對CMECs血管生成表型的影響。CCK-8檢測顯示,CMECs活力在缺氧3 h后升高,12 h達到峰值,24 h后明顯下降(圖1A)。采用EdU檢測細胞增殖,缺氧24 h后EdU陽性細胞比例顯著降低(圖1B和1C)。劃痕和遷移試驗顯示缺氧顯著減少了愈合面積(圖1B和1D)和遷移CMECs的數量(圖1B和1E)且顯著損害了CMECs的血管形成能力(圖1B和1F)。綜上所述,缺氧24 h可抑制CMECs細胞增殖、遷移和血管生成。為了確定m6A是否參與了這一過程,進行了點印跡實驗發現m6A的豐度在缺氧的CMECs中顯著降低(圖1G)。RT-qPCR檢測了甲基化相關酶在缺氧CMECs中的mRNA表達水平的變化,發現甲基轉移酶WTAP和去甲基化酶ALKBH5在缺氧損傷后顯著上調(圖1H)。Western blot分析進一步證實在低氧CMECs中,ALKBH5表達顯著上調(圖1I和1J)。
 
(1)缺氧損害血管生成能力并在CMECs中上調ALKBH5的表達

(2)ALKBH5過表達加重了缺氧誘導的CMECs功能障礙
缺氧誘導的ALKBH5是否參與了血管生成?作者對ALKBH5過表達,并通過Western blot(圖2A)證實過表達效率。缺氧條件下ALKBH5過表達CMECs中m6A豐度降低(圖2B)。EdU和CCK-8測定結果表明缺氧條件下ALKBH5過表達抑制CMECS增殖(圖2C和2D)和細胞活力(圖2E)。Scratch和transwell檢測也顯示,在缺氧條件下過表達ALKBH5抑制CMECs的遷移能力(圖2F和2I)。此外,ALKBH5過表達在缺氧條件下破壞了血管的形成(圖2J和2K)。這些結果表明,雖然ALKBH5上調在常氧條件下可能不會顯著影響CMECS功能,但在缺氧條件下會嚴重加劇CMECS功能障礙,從而導致血管生成受損。
(2)ALKBH5過表達加重了缺氧誘導的CMECs功能障礙

(3)ALKBH5下調可減輕缺氧誘導的CMECs功能障礙
為了進一步研究ALKBH5在血管生成中的作用,作者用siRNA敲除了ALKBH5(圖3A)。斑點雜交實表明,在常氧和缺氧條件下ALKBH5 KO中m6A整體水平顯著升高(圖3B)。EdU和CCK-8檢測顯示,在缺氧條件下ALKBH5 KO可以提高CMECs的增殖和活力(圖3C-3E),增強CMECs的遷移(圖3F-3I)。同樣地,缺氧條件下ALKBH5 KO促進CMECs管的形成,而在常氧狀態下則沒有(圖3J和3K)。上述數據表明,ALKBH5 KO在緩解缺氧誘導的內皮血管生成損傷中起著關鍵作用。
(3)ALKBH5下調可減輕缺氧誘導的CMECs功能障礙

(4) MeRIP-seq聯合RNA-seq揭示了ALKBH5的潛在靶基因
為探討缺氧條件下ALKBH5抑制內皮血管生成的機制,在缺氧條件下轉染對照或ALKBH5 siRNA后,將MeRIP-seqRNA-seq聯合應用于CMECs中。MeRIP-seq共發現12783個共同峰,對照組特有477個峰ALKBH5-KO 有,2358個特有峰。此外,發現771個低甲基化峰和1072個高甲基化峰(圖4A)。MeRIP-seq進一步揭示了差異甲基化mRNA峰的分布特征(圖4B)和百分比(圖4C)。基于這些數據對兩組CMECs進行了motif分析(圖4D)。富集基因的差異表達分析顯示1352個基因表達下調,2914個基因表達上調(圖4E)。結合MeRIP-seq分析,natriuretic,peptide C 和 FBXW5分別被鑒定為具有代表性的低甲基化和高甲基化基因(圖4F)。GO分析發現低甲基化基因主要參與細胞周期和RNA代謝等過程。而高甲基化基因主要富集在血管生成和細胞增殖調控中(圖4G)。這些結果進一步證實了ALKBH5 KO誘導m6A高甲基化增強血管生成。POSTAR 、血管生成數據庫、以及MeRIP-seq數據、RNA-seq數據結合鑒定了調控血管生成的ALKBH5靶基因。所得結果顯示SKP2、WNT5A和FGF18是有待進一步研究的潛在促血管生成ALKBH5靶基因(圖4H)。
(4) MeRIP-seq聯合RNA-seq揭示了ALKBH5的潛在靶基因

(5)ALKBH5調控WNT5A mRNA的穩定性和衰減
MeRIP-seq數據顯示,ALKBH5敲除后SKP2、WNT5A和FGF18 mRNA的m6A豐度顯著增加(圖5A)。MeRIP-qPCR也對此結果進行了證實(圖5B)。為了進一步檢測m6A是否影響目的基因的表達,RT-qPCR和Western blot分析發現ALKBH5 KO增加了WNT5A表達(圖5C, 5D)。RT-qPCR與放線菌素D檢測不同時間點CMECs中WNT5A mRNA的穩定性和衰減,結果顯示添加放線菌素D后,WNT5A的表達量呈隨時間下降。然而,與對照組相比,ALKBH5敲除顯著延遲了WNT5A mRNA的降解,從而延長了其半衰期(圖5E)。為了進一步探討ALKBH5對WNT5A mRNA的調控作用,作者評估了在缺氧CMEC中ALKBH5過表達后的WNT5A mRNA表達和穩定性。結果發現,過表達ALKBH5顯著降低了WNT5A在蛋白和mRNA水平的表達(圖5F),縮短了WNT5A mRNA的半衰期,降低了WNT5A mRNA的穩定性(圖5G)。通過RIP-qPCR實驗,發現ALKBH5與WNT5A mRNA結合(圖5H)。這些數據表明,ALKBH5通過去除轉錄后m6A修飾,促進WNT5A mRNA的衰變并降低其半衰期。是否ALKBH5介導的血管生成依賴于WNT5A?CCK-8和EdU檢測顯示Foxy-5顯著逆轉了ALKBH5過表達對CMECs增殖的抑制作用(圖5I、5J)。此外,Foxy-5顯著消除了過表達ALKBH5后對CMECs遷移的抑制(圖5K)。血管形成實驗證實Foxy-5恢復了ALKBH5過表達受損的CMECs細胞的血管形成能力(圖5L)。因此,WNT5A是ALKBH5的靶標mRNA。缺氧時ALKBH5通過破壞和衰變WNT5A mRNA,從而抑制血管生成能力。
(5)ALKBH5調控WNT5A mRNA的穩定性和衰減

(6)ALKBH5過表達減弱缺血損傷后的血流量恢復和血管生成
為了研究ALKBH5對缺氧時體內血管生成的影響,在小鼠后肢缺血前4周,通過在小鼠腓腸肌注射AAV獲得了ALKBH5的持續過表達。在后肢缺血前以及后肢缺血后21天內評估了ALKBH5過表達效率、m6A水平、血流速率和血管生成標志物的表達(圖6A)結果顯示,在注射過表達ALKBH5 AAV后,ALKBH5 mRNA和ALKBH5蛋白(圖6B)顯著上調。此外,過表達ALKBH5后,m6A豐度顯著降低(圖6C)。與對照組相比,在后肢缺血后第7-21天,過表達ALKBH5的小鼠血流恢復率明顯降低(圖6D和6E)。此外,與對照組相比,長期過表達ALKBH5的小鼠中CD31和α-SMA的表達水平也顯著下調(圖6F和6G),它們分別表明毛細血管和小動脈的密度。因此,過表達ALKBH5會減弱血流恢復和缺血后血管生成。
(6)ALKBH5過表達減弱缺血損傷后的血流量恢復和血管生成

(7)ALKBH5基因敲除和腺病毒抑制表達增加了血管生成,改善了缺血損傷后的血流恢復
作者采用體外血管萌發模型和體內后肢缺血模型來驗證ALKBH5的血管生成調節作用。點印跡實驗顯示,在ALKBH5 KO小鼠的主動脈環和腓腸肌組織中,m6A豐度顯著增加(圖7A、7C)。與同窩幼鼠相比,KO小鼠表現出更強勁的血管發育(圖7B)。同樣的,ALKBH5 KO小鼠后肢缺血后第7-21天血流恢復明顯增強(圖7 D)。此外,與WT小鼠相比,ALKBH5 KO小鼠腓腸肌中CD31和α-SMA的表達也顯著上調(圖7E)。這些結果表明,ALKBH5 KO對缺血后血管生成具有保護作用。作者通過腺病毒注射WT小鼠腓腸肌對ALKBH5進行了當即、后肢缺血7天和14天的短暫下調(圖7F)。腺病毒注射后1周、2周和3周,ALKBH5 mRNA和ALKBH5蛋白的表達均顯著降低(圖7G)。此外,在ALKBH5敲除后,點印跡實驗顯示腓腸肌m6A水平在缺血后3周顯著升高(圖7H)。在敲除ALKBH5后,缺血腓腸肌中CD31和-SMA的表達水平顯著升高(圖7I)。同時ALKBH5敲除小鼠血流恢復明顯改善(圖7j)?傊,這些結果闡明了ALKBH5在缺血后血管生成中的關鍵作用,并揭示了敲除或抑制ALKBH5表達的潛在優勢。未來的研究需要進一步驗證以促進臨床缺血損傷后的血管生成。
(7)ALKBH5基因敲除和腺病毒抑制表達增加了血管生成,改善了缺血損傷后的血流恢復

點評:文章通過m6A-meRIP-Seq結合全轉錄組測序技術(云序提供),通過對測序結果比對分析確認m6A甲基化修飾在缺氧后血管生成中起著重要作用。其中去甲基化酶ALKBH5以依賴于m6A修飾的方式調控WNT5A的表達,從而降低其穩定性,進而阻礙了缺氧CMECs中的血管生成。這些發現說明靶向ALKBH5可能成為包括外周動脈疾病在內的缺血性疾病的潛在治療選擇。為促進缺氧損失后血管生成提供新的思路。
點評
 
 
云序生物m6A修飾研究五大模塊
01 m6A RNA修飾測序
m6A RNA修飾測序(m6A-meRIP-seq)
對m6A RNA甲基化,目前最流行的檢測手段為m6A-Seq技術,適用于m6A RNA甲基化譜研究,快速篩選m6A RNA甲基化靶基因。云序可提供mRNA和多種非編碼RNA的m6A測序:
  • m6A 全轉錄組測序(涵蓋mRNA,LncRNA,circRNA)
  • m6A  LncRNA測序(涵蓋LncRNA和mRNA)
  • m6A  Pri-miRNA測序(涵蓋Pri-miRNA和mRNA)
  • m6A  mRNA測序
  • m6A  miRNA測序
02 檢測整體m6A RNA修飾水平
 LC-MS/MS檢測整體RNA修飾水平
精準高效,可以實現一次檢測,9類修飾水平檢測,一步到位。
比色法檢測整體RNA修飾水平
快速檢測m6A整體甲基化水平
03 m6A RNA修飾上游酶的篩選
 m6A RNA修飾相關酶PCR芯片
尋找上游直接調控m6A RNA甲基化的甲基轉移酶。
04 m6A RNA修飾靶基因驗證
 meRIP-qPCR
云序提供各類不同修飾的meRIP-qPCR服務,可針對mRNA,lncRNA,環狀RNA等不同類型的RNA分子進行檢測,低通量驗證RNA修飾靶基因表達水平。
05機制互作研究
5.1 RIP-seq/qPCR
篩選或驗證RNA修飾直接靶點,研究RNA修飾靶基因的調控機制。
5.2 RNA pull down -MS/WB
篩選或驗證目標RNA互作基因或蛋白,研究相應的分子調控機制。
5.3 雙熒光素酶實驗
驗證兩基因互作,研究相應的分子調控機制。
5.4 ChIP-seq
篩選或驗證目標蛋白與DNA互作,研究相應的分子調控機制。

云序生物服務優勢
優勢一:發表10分以上文章最多的m6A RNA甲基化測序服務平臺。云序已累計支持客戶發表47篇高水平文章,合計影響因子300分+,是國內支持發文最多、累計影響因子最高的公司。
優勢二:至今完成4000+例 m6A測序樣本,全面覆蓋醫口、農口等各類樣本。
優勢三:全面檢測mRNA和各類非編碼RNA(circRNA,lncRNA,Pri-miRNA等)。
優勢四:獨家提供m6A一站式服務:m6A整體水平檢測、m6A測序、MeRIP-qPCR驗證RIPRNA pull-down。
優勢五:率先研發超微量meRIP測序技術,RNA量低至500ng起。
優勢六:國內最全的RNA修飾測序平臺,提供m6A、m5C、m1A、m7G、m3C、O8G、ac4C乙;2'-O-甲基化測序。
 
上海云序生物科技有限公司
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標簽: ALKBH5 WNT5A m6A
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