1。介绍
角膜的完整性和功能依赖于角膜上皮细胞的自我更新属性。角膜缘位于结角膜、结膜、巩膜。正常角膜上皮细胞和结膜上皮杯状细胞来源于自体干细胞(
1 ]。Misregulation缘的干细胞往往导致视觉缺陷,和监管自体干细胞再生治疗眼睛疾病是一种很有前途的战略(
2 ,
3 ]。缘的干细胞维持角膜的生理和生物化学和调节其营养、免疫反应和完整性。角蛋白14 (K14)是一个缘的干细胞的标志和K14克里尔 观察从异色边缘向心地迁移到中央角膜。干细胞命运决定取决于交互的细胞外信号细分和细胞内的信号级联转录程序(
4 ]。因此,研究增殖、分化和缘的干细胞的调控机制提供了新的方法和见解治疗角膜缺陷在各种眼部疾病。
METTL3(甲基转移酶3,也称为MTA70)最初被确定为一个甲基转移酶负责6 修改的mrna (
5 ]。METTL3-mediated米6 修改调节多个mRNA处理事件,包括拼接、出口、翻译、和稳定性(
6 ]。生理上,米6 misregulation是发展密切相关的疾病和DNA损伤修复
7 - - - - - -
9 ]。我们和其他人的研究显示,m6 修改影响干细胞命运决定不同组织在胚胎干细胞和祖细胞通过NANOG SOX2, NR5A2, MYC [
7 - - - - - -
9 ]。此外,击倒METTL3显著延迟ultraviolet-responsive DNA损伤修复的
10 ]。尽管这越来越升值的m6 信使rna改性途径的生物意义,对m的功能和机制6 可能调节自体干细胞和角膜损伤修复仍知之甚少(
11 - - - - - -
13 ]。
在这项研究中,我们建立了一个缘的干细胞特异性METTL3基因敲除小鼠模型。我们调查的角色METTL3-mediated m6 在角膜损伤修复的规定修改使用碱烧伤模型。我们的研究发现METTL3作为角膜损伤修复的关键因素,建议操纵METTL3和m6 修改可能是一种很有前途的治疗角膜疾病治疗策略。
2。材料和方法
2.1。材料
兔子反
METTL3 (Abcam ab195352)和鼠标anti-cytokeratin 14 (Abcam ab7800)抗体。鼠标anti-Ki67(千卡),兔子anti-cytokeratin 10 (Abcam ab76318) anti-cytokeratin 5 (ab53121 Abcam) anti-cytokeratin 1 (ab93652 Abcam), anti-CD31 (bs - 20322 r, bios)抗体也被使用。PAS染色工具包(Xiangbo g1008 - 100),一个圆)染色工具包(Solarbio g1120 - 100),一个免疫组织化学工具包(SA102博士德),10月一个冰冻切片包埋剂(4583年10月),一个AHNAK抗体(sc - 390743,圣克鲁斯生物技术),REDD1抗体(10638 - 1 - ap, Proteintech),和一个GAPDH抗体(60004 - 1 - ig Proteintech)被用于这项研究。
2.2。METTL3基因敲除小鼠模型
Mettl3fl / wt 老鼠产生如前所述。Mettl3fl / wt 老鼠与K14交叉克里尔 小鼠获得K14克里尔 / Mettl3fl / fl (cKO)老鼠。Mettl3 cKO和控制老鼠注射三苯氧胺,然后受到角膜碱烧伤治疗。右眼实验眼,左眼是控制。老鼠被牺牲在24小时,7天,14天,35天,受伤后56天。六个老鼠从每个时期。双眼被冻结在10月(
n
=
4
),在4%多聚甲醛固定,嵌入到常规石蜡(
n
=
2
)。
2.3。碱烧伤模型
Tribromoethyl酒精12 - 14
μ l / g是全身麻醉管理通过腹腔内注射。局部麻醉,Erkain眼药水被添加到右眼。10分钟后,多余的液体从结膜囊擦洗擦洗;左眼与甲基纤维素治疗,保持眼部表面水分。老鼠完全麻醉后,他们被放置在仰卧位精密控制平台。与直径2毫米的圆形滤纸是沉浸在1 mol / L的氢氧化钠溶液10 s和摘除眼微镊子。用干纱布被抹去了多余的液体,然后,滤纸放在中心的小鼠角膜15 s。把滤纸后,眼睛立即用生理盐水冲洗10分钟,和红霉素眼药膏是应用于小鼠的右眼。
2.4。角膜荧光素染色评估
一滴生理盐水用于湿荧光素钠试卷,和10
μ l(荧光素钠被扔进中心老鼠引起的角膜荧光素钠进入角膜损伤。老鼠是眨眼三次与荧光素钠填补他们的眼睛。荧光素钠染色过剩的解决方案是用棉球擦去结膜囊。钴蓝色光被使用在显微镜下观察和拍摄眼角膜。角膜是均匀地分成四个象限。每个象限分别得分后,象限的值被添加到获得角膜荧光素钠染色分数。每个象限的评分方法如下:没有染色0分;一些彩色点但少于30点被分配1点;数量的点点状的染色是超过30,但是没有片或块染色被指派2分;扩散片或块染色被分配3分。
2.5。Hematoxylin-Eosin染色
老鼠与4%多聚甲醛固定的组织(Shenggong、上海、中国),洗涤、脱水,使透明,沉浸在蜡,切成块。干部分都沉浸在染色容器含有二甲苯I和II二甲苯脱蜡。部分顺序是沉浸在不同的酒精浓度,重蒸馏的水(水),沾在他,脱水和密封。准备组织部分光学显微镜下观察和拍摄使用一个缩微成像系统。
2.6。免疫荧光染色
部分脱蜡,其次是抗原修复方法,然后用PBS洗了三次。被封锁的部分有5%正常山羊血清1 h在室温下然后孵化了一夜之间主要抗体在4°C。与PBS洗涤后,部分孵化了一个适当的二次抗体在室温下1 h。部分与DAPI染色(Beyotime、海门、江苏、中国)15分钟,然后在荧光显微镜下观察(奥林巴斯/ BX51)和PBS三5分钟后洗。双重免疫荧光,部分被孵化连续对中小学抗体。部分荧光显微镜下检查(奥林巴斯/ BX51,东京,日本)。ImageJ被用来评估Ki67的荧光强度,K14、K10、速率K1和CD31。
2.7。结膜杯状细胞的PAS染色
高碘酸无色品红染色,称为PAS染色法,是一种常用的染色方法检测中性粘液石蜡切片技术。结膜杯状细胞的密度和分布可以通过PAS染色观察(PAS染色设备)。
2.8。RNA-seq
总RNA提取试剂盒和评估NanoPhotometer和安捷伦2100生物分析仪。测序图书馆准备使用Illumina公司的NEBNext, UltraTM RNA图书馆准备装备。图书馆建成后,Qubit2.0荧光计用于初步量化,这是进行稀释至1.5 ng /库
μ l。安捷伦2100生物分析仪用于测试库的大小,插入和Illumina公司测序图书馆后进行验证。参考基因组和基因模型直接从基因组注释的下载网站。HISAT2 V2.0.5是用于构造参考基因组指数和HISAT2 V2.0.5被用来比较paired-end清洁读取和参考基因组。
2.9。MeRIP-seq
总RNA (500 ng-20
μ g)提取试剂盒。的甲基化修饰光谱mRNA, lncRNA circrRNA可以同时检测到使用最新的rRNA去除技术。FastQC被用来分析测序数据质量来获取信息,比如测序质量分布、基本内容分布,重复序列片段的比例。本研究使用HISAT2软件比较有效的过滤与HG38参考基因组测序数据,然后,比较率计算。在分析迈出的重要一步6 通过峰值水平要求是标准的质量测试数据使用外显子组的峰值。根据确定的米6 山峰,metagene情节图映射。荷马软件被用来执行主题分析的峰值。基因与米6 分析获得的一份修改注释了基因本体论(去),基于生物过程(BP),分子功能(MF)和细胞组件(CC)的数据库。费雪的测试计算显著性水平(
P
值)每个学期去筛选出重要条款。途径进行注释选择m6 一个基因根据KEGG数据库。费雪的测试计算显著性水平(
P
值)来筛选的重要途径方面丰富和m基因6 一个修改。
2.10。RT-qPCR
总RNA提取试剂盒。1的互补脱氧核糖核酸合成
μ g总RNA罗氏11483188001套件。定量pcr (qPCR)进行KiCqStart SYBR绿色qPCR ReadyMix 2
μ 第一链cDNA l和500海里引物在最后20卷
μ l。反应开始,最初变性在95°C 10分钟。45运行周期:95°C 10年代,30年代60°C, 72°C 15 s。融化曲线运行检测所需的扩增子。扩增子的大小是由生态实时PCR验证机(Illumina公司)。管家基因
β 肌动蛋白是用于规范化。METTL3 qPCR引物(F: TTGTCTCCAACCTTCCGTAGT和R: CCAGATCAGAGAGGTGGTGTAG), DDIT4 (F: TGAGGATGAACACTTGTGTGC和R: CCAACTGGCTAGGCATCAGC) AHNAK (F: TACCCTTCCTAAGGCTGACATT和R: TTGGACCCTTGAGTTTTGCAT)
β 肌动蛋白(F: CATGTACGTTGCTATCCAGGC和R: CTCCTTAATGTCACGCACGAT)。
2.11。免疫印迹
蛋白质是解决12% sds - page和转移到PVDF膜(止动剂)。主要抗体(1:2000)孵化后一夜之间在4°C,二级AHNAK (sc - 390743,圣克鲁斯生物技术),REDD1 (10638 - 1 - ap, Proteintech),或GAPDH (60004 - 1 - ig Proteintech)抗体(1:2000)和发射极耦合逻辑检测设备(止动剂)被用来可视化目标蛋白质。
2.12。统计分析
数据表示为
的意思是
±
标准
偏差
SD
或标准错误(SE)。所有使用Excel或GraphPad软件进行统计分析。意义是设置为
∗
P
<
0.05
,
∗
∗
P
<
0.01
,
∗
∗
∗
P
<
0.001
,
∗
∗
∗
∗
P
<
0.0001
由双尾学生的评估
t
测试或单向方差分析。
3所示。结果
3.1。METTL3淘汰赛促进角膜损伤修复
我们首先生成一个碱烧伤模型使用缘的干细胞特异性METTL3条件基因敲除小鼠(数字
1(一) 和
1 (b) )研究METTL3-mediated m的角色6 缘的干细胞调节功能的修改和角膜损伤修复。的删除METTL3证实了在角蛋白14-positive细胞角蛋白14 (K14)和METTL3免疫荧光染色(数字
1 (c) 和
1 (d) )。碱烧伤模型成立,Mettl3 cKO小鼠和野生型小鼠(WT)治疗与荧光素钠在不同的时间。通过小鼠角膜荧光素钠染色细胞层,我们发现在受伤后的一天,眼睛在WT老鼠显示广泛的分散片染色,表明缺陷功能排除染色渗透由于角膜损伤。染色强度降低了7天,14天,但仍明显的荧光素钠染色检测到眼睛。56天,能找到小荧光素钠染色,表明角膜功能成功地排除了荧光素钠中恢复过来。有趣的是,METTL3击倒在眼睛的角膜干细胞导致更快的恢复功能排除荧光素钠,这表明METTL3删除促进角膜损伤修复在碱烧伤模型(图
1 (e) )。
图1
K14克里尔 / Mettl3fl / fl 老鼠和角膜损伤模型建设。(一)角膜和异色边缘内稳态,损伤和修复过程。(b) K14克里尔 / tdTomato+ / + / Mettl3fl / fl 老鼠穿越策略。(c)免疫荧光K14克里尔 / Mettl3wt / wt 和K14克里尔 / Mettl3fl / fl 鼠标缘的细胞(规模:100
μ 米)。(d)两到三个月大的老鼠和它莫西芬注射诱导,眼睛受到alkali-induced伤五天连续感应,和样品收集在几个时间点后受伤。(eg)角膜上皮与碱烧伤2 -三个老鼠。(e)的角膜损伤程度与荧光素钠染色在不同的时间点。(f))的冰冻切片染色角膜损伤在不同时间点(规模:100
μ 米)。(g)角膜损伤评分是通过荧光素钠染色。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
在不同时间点后损伤,显著差异在表型与野生型老鼠Mettl3 cKO老鼠观察(图
1 (f) )。1天,角膜上皮细胞层和前WT的弹性层和cKO老鼠都被碱烧伤、角膜基质层松散排列。在受伤后七天,角膜上皮细胞层WT老鼠几乎恢复;角膜基底层仍然是松散排列;大多数neovessels是有序和密度;血管是繁荣的。角膜上皮的Mettl3 cKO组老鼠变得完整,基质层紧密,新血管形成是稀疏的,船舶的数量是很小的。正月十四日,角膜上皮细胞层的WT老鼠完成,和基质层减少了新生血管形成。相比之下,Mettl3的角膜上皮细胞层- / - 组的老鼠相对完整,没有观察到的新血管形成基质层。56天后,角膜上皮细胞层的WT Mettl3- / - 老鼠完好无损,没有新血管形成基质层(图
1 (f) )。统计分析表明,损伤修复率Mettl3 cKO老鼠略快于WT老鼠(图
1 (g) )。总的来说,我们的数据显示,METTL3淘汰赛的角膜干细胞促进角膜损伤修复。
3.2。METTL3对角膜上皮损伤的修复的影响
我们进一步进行血统追踪和角蛋白免疫组织化学分析Ki67, K14、K10, K1, CD31调查METTL3在角膜损伤修复的作用。我们的结果表明,该表达式Ki67的缘的上皮细胞和角膜上皮WT老鼠相比低Mettl3 cKO老鼠(数字
2(一个) - - - - - -
2 (d) )。之间存在着正相关K1和K10的表达。低Ki67表达和K1和K10表达之间的相关性表明,角蛋白表达的增加K1 / K10角膜损伤的原因之一是加速角膜上皮的增殖。此外,K1的表达水平/ K10角膜上皮的WT老鼠低于Mettl3 cKO老鼠(数字
2 (e) 和
2 (f) )。
图2
METTL3基因敲除对扩散的影响在角膜损伤修复。(一)Ki67的冰冻切片染色异色边缘在不同时间点(规模:200
μ 米)。(b) Ki67的冰冻切片染色眼角膜受伤在不同时间点(规模:200
μ 米)。(c, d) Ki67的百分比+ 异色边缘细胞(c)和(d)角膜。(e-f) K10和K1的冰冻切片染色眼角膜(规模:200人受伤
μ 米)。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
在体外 血统追踪显示,tdTomato的表达水平+ 细胞来源于K14+ WT小鼠和细胞Mettl3 cKO老鼠在正常生理条件下无显著差异。在损伤情况下,与WT老鼠相比,tdTomato的表达水平+ 细胞来源于K14+ 细胞Mettl3 cKO老鼠是显著增加(数据
3(一个) 和
3 (b) )。探索METTL3在角膜损伤后修复的影响,我们应用CD31免疫荧光评估血管区域受伤部位在角膜缘。WT老鼠的血管面积比Mettl3 cKO老鼠(图
3 (c) )。此外,杯状细胞的数量在WT老鼠比Mettl3 cKO组(图
3 (d) )。上述结果表明,METTL3损耗加速损伤后角膜上皮修复的速度。
图3
METTL3基因敲除对迁移的影响,杯状细胞和新生血管形成在角膜损伤修复。(一)代表西红柿的图像+ 细胞来自K14(红色)+ 细胞注射后三苯氧胺(TAM)在正常情况下(规模:50
μ 米)。(b)代表图像的番茄+ 细胞来自K14(红色)+ 细胞注射后三苯氧胺(TAM)损伤条件下(规模:50
μ 米)。(c) CD31染色眼角膜受伤的冰冻切片在不同时间点显示新血管形成(规模:200
μ 米)。(d) PAS染色的结膜WT鼠标和Mettl3 cKO鼠标(规模:200
μ 米)。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.3。METTL3针对AHNAK和DDIT4角膜缘
识别潜在的mrna的目标METTL3感应的m6 在角膜上皮修复,甲基化测序和m RNA6 的测序进行METTL3击倒HCES3细胞。火山的地图(图生成的差异表达基因
4(一) ),代表多个不同样本的基因表达变化。METTL3击倒后,59明显表达下调的基因,和47基因显著调节(图
4(一) )。我们下一个执行m6 分析确定m6 一个目标HCES3细胞。Metagene分析表明,m6 主要是附近的编码序列(CDS)地区(图
4 (b) )。从m序列被确定6 一个山峰,他们被发现在特定的主题不断丰富GGAC(图
4 (c) )。微分的基因甲基化分析。与m基因6 进行了修改,去分析评估样本BP, MF和CC的观点。最初的15大大丰富了甲基化的基因在图列出每个浓缩组
4 (d) ,大大丰富了甲基化基因显示在第一个20去分析。我们还发现丰富的基因参与细胞增殖和迁移(图
4 (f) )。通过MeRIP-seq分析,我们发现AHNAK和DDIT4似乎表现出降低m6 修改后峰值METTL3击倒。这是推测AHNAK DDIT4 METTL3下游靶基因。接下来,我们使用综合基因组查看器(进口)检测和地图6 丰富AHNAK和DDIT4成绩单在METTL3击倒HCES3细胞(图
4 (e) )。此外,西方螺栓和RT-qPCR HCES3细胞接受shMETTL3表明AHNAK的表达和DDIT4显然表达下调(数字
4 (g) 和
4 (h) )。总之,这些数据表明AHNAK和DDIT4潜在m6 METTL3的目标。
图4
甲基化RNA免疫沉淀反应测序(MeRIP-seq)和RNA序列(RNA-seq)分析HCES3细胞METTL3击倒。(一)火山的地图差异表达基因。红斑,基因显著调节;绿色现货,明显表达下调的基因;和蓝色的点,没有显著的基因表达下调。(b) Metagene的m6 一个分布在HCES3细胞的转录组METTL3击倒。(c)共识图案富含m6 山峰从记录中确定HCES3细胞METTL3淘汰赛(2224峰)。(d)和m基因的分析结果6 一个修改。(e)的丰富6 在AHNAK和DDIT4成绩单METTL3击倒HCES3细胞检测和映射使用综合基因组浏览器(进口)。(f)和m去映射的基因6 一个修改。(g)免疫印迹基因的表达与shMETTL3 HCES3细胞治疗后。(h)基因表达(相对于GAPDH)由RT-qPCR量化。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
4所示。讨论
在文献中很少被发现在METTL3函数在角膜损伤修复的问题。角膜上皮失去再生能力和稳定损伤后,导致角膜混浊,损害视觉功能。我们的研究发现,敲门METTL3促进缘的干细胞增殖和迁移。此外,Mettl3 KO小鼠出现角膜损伤修复与野生型老鼠比较快。这些结果证实了研究结果的大量的工作击倒METTL3促进细胞生长和自我更新
14 ]。
之前的研究表明,自体干细胞明显抑制血管内皮细胞的形成,和损失的缘的干细胞将导致大量的新血管形成(
15 ,
16 ]。我们的结果显示,击出的METTL3促进新生血管形成。自体干细胞移植是一种很有前途的战略缘的组织的缺陷修复和恢复干细胞的数量;因此,抑制角膜上皮结膜和新血管形成保持角膜的透明度和达到重建眼表面的。分子机制的进一步理解调节缘的干细胞功能需要开发一个更好的解决方案对角膜损伤。
m6 信使rna的甲基化是表观遗传修饰参与真核干细胞的命运。在正常造血,m6 一个控制造血干细胞的分化没有影响他们的自我更新和增殖。METTL3导致损失的增加对称自我更新的细胞分裂(
17 ]。行为是一个放大器,选择性地促进已经主导基因的表达在胚胎干细胞METTL3淘汰出局。因此,上皮干细胞进行加速分化和细胞死亡
18 ];在这项研究中,我们的研究结果,基于构建的碱烧伤模型使用角蛋白14 (K14)克里尔+ / Mettl3fl / fl 老鼠,表明Mettl3 cKO可能增加自体干细胞的增殖和分化。
越来越多的证据来支持这个想法,角膜上皮再生从角膜干细胞位于边缘位置。缘的上皮干细胞文化一直被用来准备移植,可以恢复人类角膜上皮缺损;因此,探索自体干细胞的生物学功能奠定基础改善缘的干细胞疗法(
19 - - - - - -
21 ]。角膜缘干细胞表达Ki67,在维持细胞增殖起着至关重要的作用。然而,K14主要表达在人类和小鼠角膜缘基底上皮细胞和基底上皮细胞在角膜的中心,这是一个标志的基底上皮细胞有丝分裂活动和参与细胞增殖和迁移的过程。的表达和命运K14可以追溯到tdTomato在细胞的表达。这个结果表明,自体干细胞表达K14迁移从异色边缘到角膜上皮细胞增殖,分化和修复。K10及其配体K1,通常用作正常终端分化的指标,主要是出现在基底层和上面层基底层。K10和K1并不表示在正常缘的角膜上皮,和他们的表达之间有正相关。这一发现表明,角蛋白表达的增加K1和K10在角膜损伤的原因之一是加速角膜上皮的增殖。Ki67的免疫荧光数据,K14、K10和K1表明,增殖,分化,和受损细胞的迁移率加速Mettl3 cKO老鼠,虽然这些利率低得多的WT老鼠。这些发现可能表明METTL3淘汰赛促进扩散,自我更新、分化、干细胞和迁移率在某种程度上,从而加速损伤修复过程。
AHNAK和DDIT4参与干细胞维护、增殖和分化
22 - - - - - -
25 ]。一项研究报道,AHNAK抑制胶质瘤细胞的过度增殖,入侵,Ki67表达和诱导细胞凋亡
26 ]。林等人发现AHNAK抑制可以上调内生原癌基因,促进代诱导多能干细胞(
22 ]。像我们的结果,Ki67 m后表达增加6 修改AHNAK,表明细胞增殖增加。DDIT4直接相关的分化潜能间充质干细胞(
27 ]。函数的增益和损失函数的分析表明,DDIT4活动直接相关的规定mTOR信号通路和多能性基因的表达与分化
27 ]。总之,METTL3可能影响自体干细胞的生长和新陈代谢调节AHNAK DDIT4,的表达起着至关重要的作用在细胞再生和增强的功能6 角膜损伤后修复过程中。