N6-甲基腺苷（m6A）是真核生物mRNA中最重要的轉(zhuǎn)錄后修飾，在真核生物的病理和生理過程中起著至關(guān)重要的作用。糖尿病認(rèn)知障礙是一種不可逆的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，目前發(fā)展的確切機(jī)制尚未完全闡明，并且缺乏有效的預(yù)防和治療手段。

2024年2月6日，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部聯(lián)合首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院在International Journal of Molecular Sciences上發(fā)表題為“Altered N6-Methyladenosine modicification patterns and transcript profiles contributes to cognitive dysfunction in high-fat induced diabetic mice”的研究文章。研究人員探討了高脂肪飲食對(duì)葡萄糖代謝的干擾會(huì)導(dǎo)致與m6A修飾相關(guān)的酶的表達(dá)發(fā)生變化的相關(guān)機(jī)制。該成果中拜譜生物為其提供m6A甲基化分析技術(shù)服務(wù)，為糖尿病小鼠高脂肪飲食誘導(dǎo)的認(rèn)知功能障礙機(jī)制提供了新的線索。

文章名稱：Altered N6-Methyladenosine modicification patterns and transcript profiles contributes to cognitive dysfunction in high-fat induced diabetic mice（Int J Mol Sci.，IF=6.2，2024.2）

客戶單位：北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院

研究材料：小鼠腦組織

拜譜提供技術(shù)：m6A甲基化（MeRIP-seq）

摘要圖：

圖1| 摘要圖(圖源：Zhaoming Cao, et al., Int J Mol Sci., 2024)

研究結(jié)果

1.DCI小鼠海馬中m6A基因修飾的改變

研究人員首先建立了高脂飲食和認(rèn)知障礙（DCI）的小鼠模型。為比較對(duì)照組(n = 3)和DCI組(n = 3)之間的m6A基因修飾，研究人員使用MeRIP-seq進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)的m6A-seq分析。在DCI組的10664個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄物(mRNAs)中共發(fā)現(xiàn)對(duì)照組的23711個(gè)不重疊的m6A峰。相比之下，DCI組表現(xiàn)出23,751個(gè)非重疊m6A峰。其中，9345個(gè)甲基化基因在對(duì)照組和DCI組之間重疊(圖2)。

圖2| 對(duì)照組和DCl組m6a修飾基因的維恩圖

共鑒定出1278個(gè)差異甲基化的m6A位點(diǎn)(DMMSs)，其中60.88%(778/1278)和39.12%(500/1278)的甲基化水平分別顯著高于對(duì)照組。分析其分布情況發(fā)現(xiàn)m6A峰分布在整個(gè)RNA中(圖3A)，并根據(jù)其分布的轉(zhuǎn)錄區(qū)域分為以下五組：5'UTR、3'UTR、轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)區(qū)域片段、終止密碼子片段、起始密碼子片段和編碼序列(CDS)。m6A峰的在3'UTR、CDS和終止密碼子附近顯著富集(圖3B)。為了評(píng)估這些基因上m6A修飾的區(qū)域，研究人員篩選了有峰注釋的區(qū)域，并測(cè)定了這些基因上reads的覆蓋率。在DCI組中，m6A修飾區(qū)偏向于3'UTR區(qū)(圖3C)。所有mRNA內(nèi)的DMMS都被定位到染色體上去評(píng)估其分布概況。不同小鼠染色體的m6A修飾譜不同。

圖3| 小鼠海馬中m6A甲基化圖譜的改變

為了檢驗(yàn)m6A修飾在DCI小鼠中的生物學(xué)功能，研究人員從兩組中選擇含有DMMS的蛋白質(zhì)編碼基因進(jìn)行GO和KEGG分析(圖4A)。在GO分析中，高甲基化基因在細(xì)胞過程、生物過程調(diào)控、催化活性和雜環(huán)化合物結(jié)合中顯著富集。KEGG通路分析顯示，高甲基化基因與T細(xì)胞受體信號(hào)通路、小細(xì)胞肺癌和RIG-I樣受體信號(hào)通路相關(guān)(圖4B)。對(duì)于低甲基化基因，GO分析顯示在細(xì)胞過程、代謝過程和結(jié)合過程中顯著富集有機(jī)環(huán)化合物、結(jié)合雜環(huán)化合物和催化活性(圖4C)。KEGG通路分析揭示了低甲基化基因與肥厚性心肌病和Hippo信號(hào)通路的關(guān)聯(lián)(圖4D)。

圖4| 差異甲基化m6A位點(diǎn)的通路富集

2.m6A MeRIP-Seq和RNA-Seq數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析

隨后研究人員將m6A MeRIP-Seq的數(shù)據(jù)和先前RNA-Seq的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)163個(gè)mRNA，m6A峰和mRNA水平顯著改變。41種mRNA的m6A和mRNA水平上調(diào)，14種mRNA水平下調(diào)。此外，30個(gè)基因mRNA表達(dá)上調(diào)，m6A水平下調(diào)，78個(gè)基因mRNA表達(dá)下調(diào)，m6A水平上調(diào)(圖5A)。最后，構(gòu)建了一個(gè)PPI網(wǎng)絡(luò)來顯示163個(gè)基因編碼的蛋白之間的連接(圖5B)。

如圖6所示，GO和KEGG分析分為四組：(1) m6A上調(diào)，mRNA下調(diào)；(2) m6A上調(diào)，mRNA上調(diào)；(3) m6A下調(diào)，mRNA下調(diào)；(4) 基因m6A下調(diào)和mRNA上調(diào)。在GO分析中，m6A上調(diào)和mRNA下調(diào)的基因在細(xì)胞代謝過程、芳香族化合物生物合成過程和RNA代謝過程的調(diào)控中顯著富集。KEGG分析顯示，這些基因在脂肪酸代謝、小細(xì)胞肺癌、丙酸代謝和丙酮酸代謝中富集。對(duì)于m6A上調(diào)和mRNA上調(diào)的基因，GO分析顯示在亞鐵結(jié)合、亞胺丙氨酸脫羧酶活性、天冬氨酸1-脫羧酶活性和細(xì)胞連接組裝負(fù)調(diào)控中富集；KEGG分析顯示在2型糖尿病、脂肪細(xì)胞因子信號(hào)通路和胰島素信號(hào)通路中富集。在GO分析中，m6A下調(diào)和mRNA下調(diào)的基因在寡肽結(jié)合、谷胱甘肽結(jié)合和二硫氧化物氧化還原酶活性中富集，而在KEGG分析中，它們?cè)跈幟仕嵫h(huán)(TCA循環(huán))、丙酸代謝和多物種凋亡中富集。在GO分析中，m6A下調(diào)和mRNA上調(diào)的基因在胚胎骨關(guān)節(jié)形態(tài)發(fā)生、蛋白激酶活性激活和NADP代謝過程中富集，在KEGG分析中，m6A下調(diào)和mRNA上調(diào)基因在新霉素、卡那霉素和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子信號(hào)通路中富集。

圖5| m6A甲基化與mRNA表達(dá)的聯(lián)合分析

圖6| 163個(gè)DEGs和DMMS的GO和KEGG分析

拜譜生物小結(jié)

本研究表明高脂飲食對(duì)葡萄糖代謝的干擾會(huì)導(dǎo)致與m6A修飾相關(guān)的酶的表達(dá)發(fā)生變化。這些改變導(dǎo)致與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的基因甲基化模式的改變，特別是在小鼠的海馬區(qū)。這些發(fā)現(xiàn)為高脂肪飲食誘導(dǎo)糖尿病小鼠認(rèn)知功能障礙的機(jī)制提供了新的見解，可能為糖尿病誘導(dǎo)的海馬病變提供新的治療策略。這一過程中拜譜生物提供了m6A甲基化技術(shù)服務(wù)，拜譜生物可提供完善成熟的蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及多組學(xué)聯(lián)合產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)，歡迎致電咨詢！

參考文獻(xiàn)：Cao Z, An Y, Lu Y. Altered N6-Methyladenosine Modification Patterns and Transcript Profiles Contributes to Cognitive Dysfunction in High-Fat Induced Diabetic Mice. Int J Mol Sci. 2024. doi: 10.3390/ijms25041990.