Cell Rep | Polysome profiling应用：HDAC2通过将METTL3招募至染色质调控人胚胎干细胞的分化

N6-甲基腺苷（m⁶A）是真核生物mRNA上最普遍的内部修饰，由甲基转移酶复合物（主要包含METTL3）催化完成。m⁶A修饰在调控基因表达、维持干细胞多能性及指导早期胚胎发育中扮演着至关重要的角色。

METTL3的功能多样性受到其互作蛋白和亚细胞定位的精密调控。已有研究表明，METTL3能与染色质相互作用，并与组蛋白修饰之间存在复杂的“对话”。

组蛋白去乙酰化酶（HDACs）是关键的表观遗传调控因子，其中HDAC1和HDAC2尤为重要。尽管有迹象表明METTL3的互作蛋白谱富集了组蛋白去乙酰化相关蛋白，但METTL3是否直接与HDACs相互作用，以及这种互作在人类胚胎干细胞（hESCs）命运决定中扮演何种角色，仍是未解之谜。

2025年10月20日，武汉大学蒋卫团队在Cell Reports上发表了题为“HDAC2-mediated recruitment of METTL3 to chromatin regulates human embryonic stem cell differentiation”的论文。该研究首次发现组蛋白去乙酰化酶HDAC2是m⁶A甲基转移酶METTL3在染色质上的一个全新互作蛋白，并揭示了HDAC2-METTL3调控轴在人类胚胎干细胞谱系分化中的关键作用和分子机制。

文章索引

【标题】HDAC2-mediated recruitment of METTL3 to chromatin regulates human embryonic stem cell differentiation

【发表期刊】Cell Reports

【发表日期】2025年10月20日

【作者及团队】武汉大学蒋卫团队

【IF】6.9

研究结果

一、METTL3与HDAC2在细胞核内直接相互作用

通过对蛋白质互作谱的再分析和免疫共沉淀实验，研究证实METTL3与HDAC1/2在人类胚胎干细胞（hESC）和HEK293T细胞的细胞核内存在相互作用，且与HDAC2的相互作用更强。

这种互作不依赖于DNA或RNA的存在，其互作区域分别位于HDAC2的去乙酰化酶结构域和METTL3的甲基转移酶结构域。

二、METTL3-HDAC2的相互作用不影响彼此的表达水平

亚细胞组分分离实验表明，HDAC2与METTL3的相互作用主要发生在染色质上。

通过整合ChIP-seq和CUT&Tag数据，发现METTL3与m⁶A修饰在HDAC2的靶基因上显著富集。

在hESC中敲除HDAC2后，METTL3在染色质上的结合水平显著下降，但其总蛋白水平不受影响。这表明HDAC2的功能之一是将METTL3招募并锚定在染色质的特定位置。

三、HDAC2通过调控METTL3介导的m⁶A修饰来影响谱系分化基因

通过对HDAC2敲除细胞进行m⁶A-seq和RNA-seq分析，研究发现HDAC2的缺失导致其靶基因上m⁶A水平显著降低，这些基因大多与胚胎发育和细胞分化相关。

在功能上，HDAC2敲除的hESC虽然能维持多能性，但在诱导分化时表现出严重缺陷，无法正常形成三个胚层。

四、METTL3的功能缺陷表型复制了HDAC2的缺陷

为了验证HDAC2-METTL3轴的功能相关性，研究人员构建了可诱导敲除METTL3的hESC模型。

研究发现，METTL3的缺失同样导致hESC分化能力严重受损，其转录组变化与HDAC2敲除细胞高度相似，证明了二者在调控干细胞分化中处于同一功能轴上。

五、HDAC2-METTL3轴通过m⁶A依赖的方式调控靶基因的RNA稳定性和翻译

在机制上，作者发现HDAC2招募METTL3到靶基因后，METTL3介导的m⁶A修饰会影响这些靶基因mRNA的命运。

一方面，m⁶A阅读蛋白IGF2BPs识别m⁶A修饰并增强mRNA的稳定性；另一方面，YTHDC2识别m⁶A修饰并促进mRNA的翻译。

Polysome profiling多聚核糖体分析表明，当HDAC2缺失时，METTL3无法被有效招募，导致靶基因mRNA的m⁶A水平下降，进而使其稳定性和翻译效率降低，最终影响了细胞的分化进程。

总结

本研究明确了组蛋白修饰酶HDAC2与RNA修饰酶METTL3之间存在直接的功能联系，揭示了HDAC2在表观转录组调控中的一个新角色。HDAC2通过在染色质上招募METTL3，精确地在谱系分化基因的新生RNA上标记m⁶A修饰，进而通过m⁶A阅读蛋白调控这些RNA的稳定性和翻译，从而实现对干细胞分化的精密调控。该研究为理解表观遗传学和表观转录组学如何协同作用调控细胞命运提供了重要的分子机制。