NSUN2介导的m5C甲基化损害子宫内膜容受性

NSUN2-Mediated m5C Methylation Impairs Endometrial Receptivity

作者信息Jiafeng Lu, Ming Zhang, Zhenxing Liu, Ling Guo, Peng Huang, Wenjuan Xia, Jincheng Li, Jinghuan Lv, Hoi-Hung Cheung, Chenyue Ding, Hong Li, Boxian Huang
PMID38237738
发布时间2024-04
DOI10.1016/j.labinv.2024.100327

实验完整度

包含体外细胞模型(Ishikawa、BeWo)、m5C-BS-seq、Cut&Tag、Co-IP、功能验证(增殖、自噬、附着)和单细胞数据等多层级验证。

主要模型

Ishikawa人子宫内膜腺癌细胞系 BeWo人胎盘绒毛膜癌细胞球体 共培养附着模型 15个人类子宫内膜样本的单细胞数据

重点核对

NSUN2过表达和敲低质粒的构建及转染 BeWo球体附着实验的条件(约50个球体/孔,共培养2小时) m5C-BS-seq和Cut&Tag测序的数据处理参数 CLDN4、STAT1、MMP14等关键基因的mRNA和蛋白水平 NSUN2的C271A和C321A突变体的功能影响

摘要

子宫内膜蜕膜化受损是复发性种植失败(RIF)的主要原因。RNA甲基化修饰,尤其是NSUN家族介导的m5C,对多种生理事件至关重要,如母源-合子转变、配子发生、胚胎发育、生物体寿命和细胞周期。然而,NSUN家族介导的m5C修饰与RIF之间的调控机制仍未知。我们从生殖细胞图谱中获取了15个人类子宫内膜样本在增殖期和分泌期的NSUN2表达数据。通过m5C-BS-seq阐明了m5C位点和基因的整体模式,而通过dot blot实验揭示了不同组中整体m5C水平。BrdU和western blotting实验用于评估NSUN2在增殖和自噬中的作用。通过体外模型(Ishikawa细胞单层与BeWo球体共培养)评估NSUN2介导的m5C修饰对胚胎附着的影响,并通过实时逆转录PCR和western blotting在Ishikawa细胞中评估其下游靶标。通过Cut&Tag和coimmunoprecipitation实验确定了NSUN2调控其下游靶标表达的分子机制。通过先前的单细胞RNA测序数据,NSUN2在增殖期的SOX9+细胞中增加,并在上皮细胞类型中广泛分布。Ishikawa细胞系中NSUN2过表达(NSUN2OE)升高了m5C水平并促进了细胞增殖和自噬。NSUN2OE降低了BeWo细胞球的附着效率。过表达的NSUN2通过诱导外显子跳跃增加了STAT1和MMP14 mRNA的表达。NSUN2通过m5C修饰与CLDN4相互作用,NSUN2OE或NSUN2敲低导致CLDN4相似的表达变化趋势。NSUN2的过表达通过下调SIRT4蛋白水平增加了CLDN4的H3K9ac修饰,导致CLDN4 mRNA表达上调。我们的结果揭示了NSUN2介导的m5C与RIF之间新的复杂调控机制,并为RIF提出了潜在的新治疗策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
NSUN2介导的m5C甲基化是否及如何影响子宫内膜容受性,并参与复发性种植失败(RIF)的发病机制?
核心机制
NSUN2通过m5C修饰直接与CLDN4相互作用,上调CLDN4表达;同时通过下调SIRT4增加H3K9ac修饰,进一步促进CLDN4 mRNA表达;此外,NSUN2过表达诱导STAT1和MMP14的外显子跳跃,影响子宫内膜功能。
主要证据
在Ishikawa细胞中过表达NSUN2升高m5C水平,促进细胞增殖和自噬,降低BeWo球体附着效率;m5C-BS-seq显示5个关键基因(CLDN4、GPX1、MMP14、RPS271、STAT1)的m5C和mRNA水平升高;Co-IP证实NSUN2与CLDN4相互作用;Cut&Tag显示H3K9ac修饰改变;突变C271A/C321A消除NSUN2对CLDN4的调控。
研究意义
本研究揭示了NSUN2介导的m5C与RIF之间的新调控机制,并为RIF提供了潜在的新治疗策略(基于作者明确提出的结论)。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

单细胞表达分析

分析NSUN2在子宫内膜不同细胞类型和月经周期的表达模式。

利用已发表的单细胞RNA测序数据,对15个人类子宫内膜样本的细胞类型和月经周期阶段进行分析,可视化NSUN2的表达。

2

NSUN2过表达和敲低细胞系构建

建立NSUN2过表达和敲低的Ishikawa细胞系,以研究其功能。

使用FuGENE HD转染试剂将NSUN2OE和NSUN2KD质粒转染至Ishikawa细胞,筛选稳定细胞系。

3

体外胚胎附着模型

评估NSUN2对胚胎附着能力的影响。

将BeWo球体与NSUN2OE或对照Ishikawa单层细胞共培养,计算附着效率。

4

增殖和自噬检测

验证NSUN2对细胞增殖和自噬的影响。

使用BrdU标记检测细胞增殖,通过Western blot检测自噬相关蛋白P62和ATG12的表达。

5

m5C-BS-seq分析

鉴定NSUN2调控的m5C修饰基因和位点。

提取NSUN2OE和对照Ishikawa细胞的RNA,进行m5C-BS-seq,分析差异m5C修饰基因。

6

验证关键基因表达

验证m5C-BS-seq筛选出的关键基因的mRNA和m5C水平变化。

通过RT-qPCR和dot blot验证CLDN4、GPX1、MMP14、RPS271和STAT1的表达。

7

外显子跳跃分析

评估NSUN2过表达对外显子剪接事件的影响。

分析RNA-seq数据中的剪接事件,并用RT-PCR验证STAT1和MMP14的外显子跳跃。

8

NSUN2与CLDN4的相互作用验证

验证NSUN2与CLDN4的物理相互作用及功能相关性。

进行coimmunoprecipitation(Co-IP)实验检测NSUN2与CLDN4的结合;敲除CLDN4进行拯救实验。

9

m5C甲基转移酶活性验证

验证NSUN2的甲基转移酶活性对CLDN4调控的必要性。

构建NSUN2 C271A和C321A突变体,检测m5C水平和CLDN4表达。

10

组蛋白修饰机制研究

探究NSUN2通过H3K9ac修饰调控CLDN4表达的机制。

通过Western blot检测H3K9ac和SIRT4蛋白水平,并使用Cut&Tag测序分析H3K9ac在全基因组上的分布。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
TRIzol试剂Invitrogen15596018
Turbo DNaseInvitrogenAM2239
Qubit RNA高灵敏度检测试剂盒Thermo Fisher ScientificQ32855
SYBR预混液BiosharpBL698A
DMEM培养基GIBCO--
FuGENE HD转染试剂PromegaE2312
RIPA裂解液Beyotime--
蛋白酶抑制剂混合物BeyotimeP1006
二抗BeyotimeA0216, A0208
ECL化学发光试剂VazymeE412-01
Tanon 5200多功能成像系统Tanon--
超纯水BeyotimeST876
硝酸纤维素膜BeyotimeFFN05
10×磷酸盐缓冲液BeyotimeST448-1L
m5C抗体Medical and Biological LaboratoriesD346-3
CLDN4抗体Proteintech16195-1-AP
免疫球蛋白GSanta CruzSC-3879
Cut&Tag试剂盒VazymeTD903
H3K9ac抗体----
EZ RNA甲基化试剂盒Zymo Research--
NEBNext Ultra II定向RNA文库制备试剂盒New England Biolabs--
安捷伦2100生物分析仪Agilent--
BrdU标记溶液----
抗BrdU抗体----
奥林巴斯荧光倒置显微镜Olympus--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
Ishikawa和BeWo细胞系来源、培养基成分(DMEM+10%FBS+4%青霉素/链霉素+1%环丙沙星)、培养条件(37°C, 5% CO2)、传代方法(0.25%胰酶消化2-3分钟)
阅读提示:Materials and Methods: Cell Culture and the Construction of NSUN2 Overexpression and NSUN2 Knockdown Plasmids
质粒转染
NSUN2OE和NSUN2KD质粒来源、转染试剂(FuGENE HD)及用量
阅读提示:Materials and Methods: Cell Culture and the Construction of NSUN2 Overexpression and NSUN2 Knockdown Plasmids
体外附着实验
BeWo球体密度(约50个/孔)、共培养时间(2小时)、对照组附着率约30%时终止
阅读提示:Materials and Methods: Formation of BeWo Spheroids and Attachment Assay Using BeWo Spheroids and Ishikawa Cells
m5C-BS-seq
总RNA量(12.5 μg)、亚硫酸盐处理(EZ RNA methylation kit)、建库试剂盒(NEBNext Ultra II)、测序平台(Illumina NovaSeq)
阅读提示:Materials and Methods: BS-m5C-seq Library Construction
Cut&Tag
细胞数量、抗体(H3K9ac)、测序平台(NovaSeq PE150)
阅读提示:Materials and Methods: Cut&Tag Sequencing Assay
Co-IP
抗体(CLDN4 Proteintech 16195-1-AP)、IgG对照(Santa Cruz SC-3879)、Protein G beads
阅读提示:Materials and Methods: Coimmunoprecipitation Assay