Cell reports丨蒋卫课题组揭示HDAC2-METTL3-m6A轴调控人胚胎干细胞谱系分化机制

摘要：胚胎干细胞（ Embryonic stem cell ,ESC）具有分化为三胚层及其衍生组织的潜能，为细胞治疗、药物筛选和疾病模型构建提供了重要基础。 METTL3 作为 RNA N6- 甲基腺苷（ m6A ）修饰的关键酶，主要以 RNA 结合蛋白的身份参与

胚胎干细胞（ Embryonic stem cell ,ESC）具有分化为三胚层及其衍生组织的潜能，为细胞治疗、药物筛选和疾病模型构建提供了重要基础。 METTL3 作为 RNA N6- 甲基腺苷（ m6A ）修饰的关键酶，主要以 RNA 结合蛋白的身份参与调控生物学过程，涉及 RNA 的转录、稳定性以及翻译等方面的调控。随着研究的不断深入， METTL3 以及 m6A 的功能已经扩展到染色质层面，通过与多种表观调控因子相互作用，富集于染色质，介导表观基因组与表观转录组互作。尽管 METTL3 具有双重调控功能，但其在胚层分化中如何协同调控细胞命运，仍待深入研究。

为探讨这一机制，近日武汉大学医学研究院蒋卫课题组在 Ce ll Reports 杂志发表了题为

HDAC2-Mediated Recruitment of METTL3 to Chromatin Regulates Human Embryonic Stem Cell Differentiation的研究论文。研究发现，m6A甲基转移酶METTL3可在染色质上与组蛋白去乙酰化酶HDAC2直接相互作用。HDAC2 缺失会导致 METTL3 在其靶基因上的结合以及相关 RNA 的 m6A 水平下降，而 METTL3 缺失则不影响 HDAC2 的表达或组蛋白乙酰化水平。敲除 HDAC2 或 METTL3 均显著削弱人胚胎干细胞的胚层分化能力。进一步研究显示，HDAC2缺失导致m6A水平下降的基因，其RNA稳定性和翻译效率均降低，这一调控过程分别由m6A识别蛋白IGF2BPsYTHDC2介导。

该研究基于 METTL 3 蛋白互作组数据，发现与 METTL3 相互作用的蛋白显著富集于组蛋白去乙酰化、组蛋白修饰等通路，其中包括经典的组蛋白去乙酰化酶 HDAC1 和 HDAC2 。免疫共沉淀（ Co-IP ）实验进一步验证了 HDAC1/2 与 METTL3 之间的相互作用。由于 HDAC2 与 METTL3 表现出更强的互作，因此后续研究主要聚焦于 METTL3–HDAC2 互作机制。

为探究 METTL 3 与 HDAC 2 之间是否存在潜在调控作用，作者分别对二者进行敲低与过表达，并检测其对彼此 mRNA 及蛋白水平的影响。结果显示， METTL3–HDAC2 互作轴并不影响彼此的表达水平，提示二者可能通过新的机制发挥功能。进一步互作定位分析发现， METTL 3 与 HDAC 2 的互作主要在染色质组分，且 HDAC2 敲除会降低 METTL3 在染色质上的富集。通过 METTL3 的 CUT&Tag 实验，作者发现 HDAC2 敲除导致 METTL3 结合下调的靶基因主要与胚胎发育、内胚层分化及多器官发育相关。随后， MeRIP-seq 结果进一步表明， METTL3 结合能力的下降会引起相应基因 m6A 修饰水平的降低。功能上，敲除 HDAC2 或 METTL3 干扰 METTL3–HDAC2 互作轴，均会导致干细胞胚层分化紊乱的表型。

在机制层面，作者通过联合 METTL3 CUT&Tag 、 HDAC2 ChIP -seq 及 MeRIP-seq 数据，鉴定出 466 个 METTL3–HDAC2 互作轴调控的靶基因。 HDAC2 敲除后，这些靶基因上 METTL3 的结合及 m6A 水平显著下降。进一步结合 RNA 稳定性分析和 polysome 测序，作者发现 HDAC2 敲除引起的 m6A 水平下降会进一步影响靶基因的 RNA 稳定性和翻译效率。此外，结合 m6A 阅读蛋白的 CLIP -seq 与 RIP - seq 数据，发现 IGF 2BPs 与 YTHDC 2 参与介导了 METTL 3-HDAC2 互作轴靶基因的稳定性与翻译调控。该研究揭示了METTL3–HDAC2轴在基因表达调控及与谱系分化相关的细胞过程中的作用，为阐释表观转录组与表观遗传调控之间的交互提供了新的见解。

武汉大学杨介博士（现湖北大学博士后）为本研究的第一作者，武汉大学蒋卫教授为本研究的通讯作者。湖北大学张冬卉教授为本研究提供了宝贵的意见和大力支持。

蒋卫课题组长期从事干细胞命运决定的分子调控机制和转化研究。近年来主要利用人多能干细胞维持和分化体系，聚焦于早期胚层分化的表观和代谢调控，解析胚胎源性疾病的发病或易感机制。主要研究成果包括：系统阐明 lncRNA 以及表观因子在人多能性调控以及胚层分化中的作用及机制（ Cell Rep 2025 ； Genome Biol 2023 ； Nat Commun 2022 ； Nucleic Acids Res 2022 /2025 ； Stem Cell Rep 2025/ 2020 ； D evelopment 2023 ），解析细胞内糖脂代谢以及细胞外生物力学调控细胞分化的机制（ D ev Cell 2023 ； Redox Biol 2022 ； Stem Cell Rep 2024/ 2021 ），探讨胰岛分化调控以及非编码变异对于糖尿病易感性的作用机制（ Nat Commun 202 4 ； Theranostics 2022 ）。同时，课题组在干细胞相关转化应用方面也做了一些探索性工作（ Nat Chem Biol 2025 ； Stem Cell Rep 2021 ； Cell Discov 2022 ；多项发明专利）。目前课题组多个方向正在深入推进，欢迎感兴趣的研究生和博士后联系加入！

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（*排名不分先后）