精氨酸甲基化酶Prmt6在斑马鱼胚胎早期发育过程中的功能及其机制研究

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动物胚胎发育早期,合子型基因转录沉默,其发育由母型物质调控。所以,鉴定对胚胎早期发育具有决定意义的母型因子将有助于更好的揭示其发育调控机制。我们的前期研究及国外报道显示,表观遗传调控是胚胎早期发育的重要调控机制之一,探寻其表观调控的重要影响因子,是近来该领域研究的重要方向。组蛋白甲基化是一种重要的表观遗传修饰,包括组蛋白赖氨酸位点和精氨酸位点甲基化。大量研究表明,组蛋白赖氨酸甲基化参与调控了动物胚胎的早期发育过程,而组蛋白精氨酸甲基化对胚胎早期发育功能的报道较少。H3R2me2a是一种重要的组蛋白精氨酸甲基化修饰,由蛋白质精氨酸甲基化酶Prmt6催化产生,能够阻碍转录激活修饰H3K4me3的生成,因而具有转录抑制作用。  研究表明,Prmt6参与信号转导、RNA加工、转录调控等过程,在多种癌组织中表达升高,具有促进增殖、抑制衰老的作用。目前,Prmt6在胚胎早期发育中的功能还不清楚。本论文试图探讨Prmt6在模式动物斑马鱼早期发育中的功能及其机制。Westernblot分析表明,H3R2me2a存在于斑马鱼胚胎发育早期,并且在中囊胚转换后其修饰水平增加。用RT-PCR和整胚原位杂交实验对prmt6时空表达谱的分析表明,该基因在未受精卵和胚胎发育早期(0-10hpf)均有表达,且在母型控制发育期明显高表达,这说明prmt6是一种母型来源的转录本,可能对胚胎早期发育具有重要作用。采用MO敲低策略,将prmt6 MOs注射胚胎,导致严重的外包异常,其严重程度与prmt6 MOs的浓度呈依赖关系;并明显降低了H3R2me2a修饰水平。拯救实验表明,prmt6 mRNA能够显著缓解prmt6 MOs导致的外包异常现象和H3R2me2a修饰水平的降低,而酶活性位点突变的mRNA没有此拯救能力,说明prmt6 MO导致的表型是特异的,且与Prmt6的酶活性相关。为进一步探讨相关机制,我们采用microarray技术分析了prmt6 MO处理后基因表达谱的变化,有724个基因显著上调2倍以上,858个基因显著下调2倍以上;将这些差异表达基因进行分类,结果表明,其母型物质降解和合子基因组转录激活失败;GO分析表明,其图式建成、区域化、胚胎形态发生等生物学过程受到严重影响。基于Prmt6的转录抑制特性,我们推测其表型是由Prmt6靶基因的上调导致的,其中,tpb12、hsp70和压力感应基因gadd45αa上调较为显著。拯救实验证实,gadd45αa(而非tbp12或hsp70)的上调是导致prmt6吗啡啉突变体异常表型的原因。gadd45αa的上调激活了p38/JNK信号转导通路,导致了凋亡发生。qCHIP和双荧光酶报告分析表明,Prmt6能结合到gadd45αa的启动子上,通过改变启动子区域的H3R2me2a修饰水平,来直接调控其转录水平的表达。总之,Prmt6通过直接抑制gadd45α a的表达,进而抑制p38/JNK信号通路的激活及凋亡的发生,从而保证斑马鱼早期胚胎的正常发育。
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