Adv?Sci丨揭示“RNA表觀修飾（m6A）→組蛋白修飾酶（EP300）→組蛋白乙酰化（H3K27ac）”的跨層級調控通路

人類多能干細胞（ hPSCs ）在原始態（naive）與始發態（primed） 多能性 間的動態轉換是胚胎早期發育的核心事件，其表觀遺傳調控網絡尚未完全解析。盡管已知組蛋白修飾（如H3K27ac）和RNA甲基化（m6A）均參與多能性調控，但二者如何協同控制狀態轉換、尤其是H3K27ac在人類 na i ve 多能性 建立中的具體功能及其上游調控機制，仍是領域內亟待解決的關鍵科學問題。

近日，廣州醫科大學附屬第三醫院范勇、華南理工大學施雪濤、北京大學第三醫院于洋共同通訊在Advanced Science在線發表題為H3K27ac Is Essential for Human Naive Pluripotency Modulated by m6A-Driven EP300 Expression的研究論文 。

研究團隊首先通過高精度定量蛋白質組學技術（TMT標記結合HPLC-MS/MS），對 na?ve hiPSCs 、 primed hiPSCs 及具有更廣分化潛能的人類擴展多能干細胞（ hEPSCs ）進行全蛋白質組乙酰化分析。結果顯示： naive 細胞的整體蛋白乙酰化水平顯著高于始發態，且組蛋白乙酰化“寫入器”表達明顯上調。然而在組蛋白特異性修飾層面，質譜數據卻揭示了一個關鍵矛盾： primed 細胞的H3K27ac修飾組蛋白總量反而比 na?ve hPSCs 高。為破解這一矛盾，團隊進一步開展CUT&Tag和 ChIP -seq空間定位分析，發現 na i ve hPSCs 的H3K27ac修飾覆蓋了更廣泛的基因組區域，其修飾位點數比始發態多出 數 倍。綜 上 表明： na i ve hPSCs 以“低強度-廣分布”模式維持染色質開放性（平均峰reads值較低但分布廣），而 primed hPSCs 則采用“高強度-局部聚焦”策略（平均折疊富集度高但位點少）。這種修飾“廣度”與“強度”的負相關現象，提示兩種多 能狀態可能采用不同的表觀遺傳策略調控基因組可及性。

為驗證H3K27ac的功能必要性，團隊設計了三層次干預實驗。在化學調控層面，使用EP300特異性抑制劑A-485處理 primed hPSCs 時，H3K27ac水平在重置早期（5天內）急劇下降，導致細胞無法形成典型的圓頂狀原始態集落，并伴隨核心 na i ve 多能性 基因（如DPPA3、DNMT3L）表達量下降。反之，當使用EP300激動劑CTB增強H3K27ac時，細胞在重置第5天即呈現顯著的 na i ve 多能性 形態特征，且多能基因表達加速激活 ， 其中DPPA3基因在干預5天后表達量已 接近 成熟 na i ve hPSCs 。在基因編輯層面，構建EP300敲除細胞系后， na?ve resetting 過程出現類似抑制劑的表型：H3K27ac沉積受阻，細胞在P2即發生異常分化。值得注意的是，H3K27ac對多能基因的調控具有直接性 。 CUT&Tag測序顯示，在CTB處理的細胞中，H3K27ac特異性富集于DPPA3、DPPA5和DNMT3L基因的啟動子區域，而在A-485處理組中這些位點的修飾信號完全消失。

研究的突破性進展出現在對m6A甲基化機制的探索中。通過 MeRIP -seq全景式掃描RNA修飾圖譜，團隊發現原始態細胞的m6A修飾水平整體降低，其中關鍵調控因子EP300呈現典型的“低m6A-高表達”模式（Hypo-up）。為解析m6A如何影響EP300，團隊構建了METTL3（m6A核心甲基轉移酶）條件性過表達細胞系（M3OE）。當誘導METTL3過表達時，EP300蛋白水平下降，但mRNA未受影響，表明m6A通過翻譯抑制而非轉錄調控影響EP300。這直接導致H3K27ac修飾強度減弱，并阻斷 naive多能性 建立。更重要的是，在METTL3過表達背景下強制表達EP300（M3E3OE細胞），可部分恢復H3K27ac水平并挽救 naive多能性 表型，證明EP300是m6A-H3K27ac通路的核心介質。綜合多組學數據（RNA-seq、CUT&Tag）最終確立了一條級聯調控軸：METTL3介導的m6A修飾通過抑制EP300蛋白翻譯，降低H3K27ac在基因組關鍵位點的沉積，從而阻礙 naive 多能性的建立。

本研究揭示“RNA表觀修飾（m6A）→組蛋白修飾酶（EP300）→組蛋白乙酰化（H3K27ac）”的跨層級調控通路，闡明了表觀遺傳網絡協同控制人類多能性狀態的分子框架。這一發現不僅深化了對干細胞命運決定機制的理解，更重要的是為再生醫學中干細胞命運精準調控提供了新靶點——通過干預METTL3-EP300-H3K27ac軸，有望實現多能狀態的高效定向轉化，為疾病建模和細胞治療開辟新路徑。

原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202507549

制版人：十一

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