METTL9主要通过非催化功能维持脊椎动物神经发育

METTL9 sustains vertebrate neural development primarily via non-catalytic functions.

作者信息Azzurra Codino, Luca Spagnoletti, Claudia Olobardi, Alessandro Cuomo, Helena Santos-Rosa, Martina Palomba, Natasha Margaroli, Stefania Girotto, Rita Scarpelli, Shi-Lu Luan, Eleonora Crocco, Paolo Bianchini, Andrew J Bannister, Stefano Gustincich, Tony Kouzarides, Riccardo Rizzo, Isaia Barbieri, Federico Cremisi, Robert Vignali, Luca Pandolfini
PMID40745158
发布时间2025-08-01
DOI10.1038/s41467-025-62414-5

实验完整度

高

含mESC敲除、Degron、催化失活三种细胞模型及爪蟾胚胎、多组学与功能验证

主要模型

小鼠胚胎干细胞(E14)及其CRISPR/Cas9改造的Mettl9KO、Mettl9Deg、Mettl9CatD细胞系 非洲爪蟾(Xenopus laevis)胚胎及神经化动物帽

重点核对

Mettl9KO克隆#88和#90及其亲本E14与克隆WT对照,N=3分化实验 Mettl9Deg克隆#6、#14、#17,dTAGV-1 500 nM处理,DMSO 0.05%对照 Mettl9CatD克隆#B26与克隆WT #B28,D151K和G153R突变 爪蟾4细胞期胚胎单侧背侧卵裂球注射10-20 ng mettl9-MO,对侧为内参 mESC神经分化:DIV0起WiBi培养基,DIV5起加0.1 μM SAG,至DIV10

摘要

METTL9是一种催化真核蛋白中组氨酸残基N1-甲基化(1MH)的酶。鉴于其在脊椎动物神经系统中高表达且可能与神经发育迟缓相关,我们剖析了Mettl9在神经发育中的作用。我们构建了三种不同的小鼠胚胎干细胞系:完全Mettl9敲除(KO)、诱导型METTL9 Degron以及内源性表达催化失活蛋白的细胞系,并评估其进行神经分化的能力。同时,我们在非洲爪蟾胚胎中下调mettl9并表征其神经发育。我们的多组学数据表明,METTL9在维持脊椎动物神经发生中发挥保守作用。这很大程度上不依赖其催化活性,并通过调节分泌途径实现。METTL9与细胞运输、内吞作用和高尔基体完整性的关键调控因子相互作用;此外,在Mettl9KO细胞中高尔基体发生碎片化。总体而言,我们证明了Mettl9的发育功能,并将其与一条不依赖1MH的途径——即分泌系统的维持——联系起来,该途径在整个神经发育过程中至关重要。

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
METTL9在脊椎动物神经发育中发挥何种作用,及其是否依赖其组氨酸N1-甲基化催化活性。
核心机制
METTL9主要通过非催化功能维持分泌途径和高尔基体完整性,与STMN1、RAB2A等运输调控因子相互作用;其催化活性经1MH甲基化相关底物起次要但汇聚的作用。
主要证据
三种mESC遗传模型(KO、Degron、CatD)的神经分化、RNA-seq和蛋白质组学,爪蟾胚胎morpholino敲低与mettl9CatD救援实验,1MH质谱定量,RUSH追踪显示ER到高尔基体运输延迟,GM130染色显示高尔基体碎片化。
研究意义
揭示了METTL9的发育功能并连接至不依赖1MH的分泌系统维持途径,为理解高尔基体完整性与稳态的细胞分子机制提供线索。

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

爪蟾胚胎mettl9表达与敲低表型分析

验证mettl9在早期神经发育中的表达定位及其敲低对神经发生的影响

WISH分析mettl9时空表达;4细胞期单侧注射mettl9-MO,WISH检测neurog2、notch、elrC表达

2

mESC神经分化体系建立与Mettl9表达验证

建立可模拟哺乳动物神经发生的体外模型并确认Mettl9表达动态

mESC在无血清/LIF并抑制BMP和Wnt条件下分化为NSC,DIV5起加SHH激动剂至DIV10;qPCR和WB检测Mettl9

3

Mettl9KO mESC构建及神经分化缺陷评估

检测完全缺失METTL9对神经命运承诺和分化的影响

CRISPR/Cas9靶向Exon1获得#88、#90克隆;WB验证蛋白缺失;IF计数NESTIN+细胞;DIV5和DIV10 RNA-seq

4

Mettl9Deg与Mettl9CatD模型构建及表型比较

区分METTL9蛋白量与催化活性对神经分化的相对贡献

构建FKBP12F36V-FLAG Degron系和D151K/G153R催化失活系;dTAGV-1降解;RNA-seq比较DEG数量;质谱定量1MH

5

METTL9高尔基体定位与糖基化修饰验证

确定METTL9亚细胞定位及其是否进入分泌途径

Endo H/PNGase F/O-glycosidase处理WB;N35Q、N35Q;N86Q、SP*突变体转染;tunicamycin处理;FLAG/GM130/GORASP2/CALRE/TOM20共定位IF;digitonin透化实验

6

METTL9相互作用组与体外甲基转移酶实验

鉴定METTL9互作蛋白并验证STMN1是否为底物及是否竞争催化活性

DIV4 NSC anti-FLAG IP-MS;STMN1-HA或HA-RAB2a共表达co-IP;重组GST-METTL9对SLC30A7肽和GST-STMN1的MTase-Glo活性检测

7

分泌途径功能与高尔基体形态检测

验证METTL9缺失对ER到高尔基体运输动力学和高尔基体完整性的影响

RUSH系统追踪ManII-SBP-EGFP从ER到高尔基体;GM130 IF分类高尔基体形态

8

爪蟾神经化动物帽组学与mettl9CatD救援实验

验证分泌途径改变的进化保守性及催化失活突变体的救援能力

noggin mRNA神经化动物帽,NF12.5收集做蛋白质组和转录组;4细胞期共注射mettl9-MO与mettl9WT或mettl9CatD mRNA,WISH检测elrC

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
高糖Dulbecco改良Eagle培养基Sigma AldrichD6546
胎牛血清Thermo Fisher Scientific10500064
白血病抑制因子Thermo Fisher ScientificA35934
StemPro Accutase细胞解离试剂Thermo Fisher ScientificA1110501
MEK抑制剂PD0325901Sigma AldrichPZ0162
GSK3抑制剂CHIR99021Sigma AldrichSML1046
Wnt通路抑制剂53AHCellagen TechnologyC5324-2
TGF-β/BMP抑制剂LDN193189盐酸盐Sigma AldrichSML0559
小鼠层粘连蛋白Thermo Fisher Scientific23017015
dTAGV-1Tocris6914/5
二甲基亚砜MerckD2650
衣霉素Tocris3516/10
高尔基体杀灭剂AMerck MilliporeG0923
抗FLAG抗体SigmaF1804
抗GOLGA2/GM130抗体Proteintech11308-1-AP
抗NESTIN抗体Cell Signaling TechnologyE4O9E XP® BK73349S
抗TOM20抗体Proteintech11802-1-AP
抗GORASP2抗体Proteintech10598-1-AP
抗钙网蛋白抗体Proteintech27298-1-AP
Hoechst 33258染料Thermo Fisher ScientificH3569
Aqua-Poly/Mount封片剂Polysciences18606-20
洋地黄皂苷Merck Sigma-AldrichD141
Hoechst 33342染料Thermo Fisher ScientificH3570
兔抗HA标签抗体(C29F4)Cell Signaling3724
NuPAGE 10% Bis-Tris迷你蛋白凝胶Thermo Fisher ScientificNP0315BOX
鼠抗FLAG抗体Merck MilliporeF3165
兔抗METTL9抗体Biomatik LLC--
兔抗HA抗体BioLegend902301
兔抗α微管蛋白抗体Proteintech11224-1-AP
抗β-肌动蛋白-过氧化物酶抗体Merck MilliporeA3854
Endo Hf内切糖苷酶New England BiolabsP0703S
重组PNGase FNew England BiolabsP0704S
O-糖苷酶New England BiolabsP0733S
Dynabeads蛋白G磁珠Thermo Fisher Scientific10004D
Pierce抗HA磁珠Thermo Fisher Scientific88836
正常小鼠IgGSanta Cruz Biotechnologysc-2025
二甲基庚二亚胺酯Thermo Fisher Scientific21666
PreOmics iST样品制备试剂盒PreOmicsP.O.00001
BCA蛋白定量试剂Pierce23227
MTase-Glo甲基转移酶检测试剂盒PromegaV7601
谷胱甘肽琼脂糖4BSigma-Aldrich--
iTaq通用SYBR Green预混液Biorad1725124
高容量cDNA逆转录试剂盒Thermo Fisher Scientific4368814
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596026
RNA清洁与浓缩试剂盒-5Zymo ResearchR1016
SMART-Seq HT PLUS试剂盒TakaraR400748
链特异性mRNA文库制备试剂盒Illumina20040532
mMESSAGE mMACHINE SP6体外转录试剂盒ThermoFisherAM1340
Salmon-Gal显色底物Sigma Aldrich96317
NeutrAvidin蛋白Thermo Scientific31000
生物素----
jetOPTIMUS DNA转染试剂Sartorius101000051
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher Scientific11668019
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher ScientificL3000001