Type I PRMTs Play a Role in Mammalian Embryonic Lineage Specification

技术摘要：哺乳动物胚胎谱系分化中的 I 型 PRMTs

问题陈述
哺乳动物前植入期发育依赖于精确协调的谱系决策，以建立滋养外胚层 (TE)、内细胞团 (ICM)、原始外胚层 (EPI) 和原始内胚层 (PrE)。虽然葡萄糖代谢和表观遗传调控分别被公认为这一过程的关键决定因素，但关于葡萄糖依赖性代谢信号如何与表观遗传机制相互作用以调节胚胎细胞命运的具体机制仍不清楚。本研究旨在填补关于由 I 型蛋白精氨酸甲基转移酶 (PRMTs) 介导的精氨酸甲基化在这一代谢-表观遗传调节网络中如何发挥作用的知识空白。

研究方法
作者研究了在牛前植入期发育过程中，由葡萄糖调节的 I 型 PRMT 介导的不对称二甲基精氨酸 (ADMA) 的作用，并在小鼠胚胎中进行了验证。

• 检测： 研究利用免疫检测技术追踪了牛卵母细胞成熟及随后的胚胎发育过程中 PRMT1 及其相关的组蛋白标记 H4R3me2a。
• 药理学抑制： 为了评估其功能，研究人员使用了两种结构不同的 I 型 PRMT 抑制剂 GSK3368715 和 MS023。
• 分子与细胞分析： 在抑制后，研究测量了全局 ADMA 和 H4R3me2a 的水平。通过分析囊胚细胞增殖、总细胞数和谱系分配来评估胚胎表型。使用了特定标记物来量化谱系决策：用 CDX2 和 SOX2 代表 TE 和 ICM，用 NANOG 和 GATA6 代表 EPI 和 PrE。
• 机制研究： 通过评估 Hippo 信号通路关键组分（YAP、TEAD4 和 TFAP2C）的表达，以确定导致观察到表型的分子机制。
• 跨物种验证： 在小鼠胚胎中进行了类似的实验，使用 MS023 测试所观察效应的保守性。

主要结果

• 标记物的存在： 在整个牛卵母细胞成熟和胚胎发育过程中均检测到了 PRMT1 和 H4R3me2a。
• 抑制效应： 使用 GSK3368715 或 MS023 处理显著降低了全局 ADMA 和 H4R3me2a 的水平。
• 发育受损： ADMA 耗竭导致囊胚细胞增殖受阻以及总细胞数减少。
• 谱系紊乱： 抑制作用破坏了第一次和第二次谱系决策。具体而言，CDX2+ 和 SOX2+ 细胞（TE 和 ICM）减少，且 NANOG+ 和 GATA6+ 细胞（EPI 和 PrE）也减少。
• 机制通路： I 型 PRMT 抑制导致关键的 Hippo 相关 TE 程序组分（包括 YAP、TEAD4 和 TFAP2C）下调。
• 保守性： 在小鼠胚胎中观察到一致的结果，其中 MS023 处理降低了 ADMA、CDX2、YAP 和 TFAP2C 的表达，并损害了 TE 和 ICM 的分配。

意义与主张
本文确定了 I 型 PRMT 介导的 ADMA 是早期哺乳动物谱系分化的重要表观遗传调节因子。研究结果支持存在一个保守的“ADMA-Hippo 调节轴”，该轴将精氨酸甲基化直接与胚胎细胞命运决策联系起来。通过证明 ADMA 的耗竭会破坏 Hippo 通路及随后的谱系分配，本研究为代谢信号（通过葡萄糖调节的 PRMTs）如何与表观遗传调节相互作用以支配哺乳动物前植入期发育提供了一种机制证据。