m6A甲基化酶METTL3通过调控PCYT1A表达影响鸡肌肉内脂肪沉积的机制研究

《Poultry Science》：The mechanism by which methylase METTL3 affects intramuscular fat deposition

本研究聚焦于家禽肉质改良，旨在揭示N6-甲基腺苷（m6A）表观遗传修饰调控鸡肉脂肪沉积的分子机制。研究人员通过功能实验与高通量测序技术，首次证实m6A甲基转移酶METTL3通过降低PCYT1A基因mRNA的m6A修饰水平、增强其稳定性与表达，从而负调控鸡前体脂肪细胞的分化与脂肪沉积。这项工作为通过表观遗传学策略培育肉质优良的肉鸡品种提供了重要的理论基础和新颖的分子靶点。

　　

随着全球人口增长和人均肉类消费的提升，鸡肉需求量持续增加。通过遗传育种等手段，肉鸡的生长速度和胸肌产量得到了显著提升，但这也对肉质产生了负面影响。肉质的评判标准包括外观、质地、营养价值和口感等多个方面，而肌肉内脂肪含量是其中决定性的因素之一。适当的肌肉内脂肪沉积能显著改善肉质的鲜嫩度、多汁性和风味。因此，探究肌肉内脂肪沉积的调控机制，对于培育肉质优良的肉鸡品种具有重要的经济价值。

然而，肌肉内脂肪的沉积是一个高度协调且复杂的过程，不仅受转录因子调控，还涉及表观遗传修饰。N⁶-甲基腺苷（m⁶A） 是真核生物RNA中最常见、最丰富的内部化学修饰，构成了基因转录后调控的新层面。m⁶A甲基转移酶METTL3是催化这一修饰的核心酶，在多种生理过程中扮演关键角色。尽管此前研究表明METTL3在脂肪生成中具有调控作用，但其在家鸡肌肉脂肪沉积中的具体分子机制尚不明确。

为了回答这一关键问题，由河北科技师范学院的研究人员领衔的团队在《Poultry Science》上发表了一项研究，旨在揭示METTL3如何通过m⁶A修饰调控鸡肌肉内脂肪沉积。

研究人员主要运用了以下关键技术方法开展研究：

1. 1.
   实验模型构建：以靖远鸡为动物模型，采集了42日龄、126日龄和180日龄的胸肌组织及多种器官用于分析。同时，从两周龄靖远鸡的胸肌和腹部脂肪组织中分离并原代培养了肌肉内前体脂肪细胞和腹部前体脂肪细胞作为体外研究模型。
2. 2.
   分子生物学技术：使用实时荧光定量PCR和蛋白质印迹法检测基因与蛋白表达水平；采用CCK-8和EdU染色实验分析细胞增殖能力；通过油红O和BODIPY染色观察细胞内脂滴积累，以评估脂肪细胞分化程度。
3. 3.
   功能验证与机制探索：通过构建过表达质粒和小干扰RNA对目标基因METTL3和PCYT1A进行功能获得与功能缺失实验。利用m⁶A实时定量PCR检测特定RNA位点的甲基化水平，并通过放线菌素D处理实验分析目标mRNA的稳定性，以阐明基因表达的调控方式。
4. 4.
   靶点鉴定：结合前期m⁶A测序数据，筛选出差异甲基化的候选靶基因，并通过上述实验方法进行验证。

以下是根据原文小标题归纳的研究结果与结论：

METTL3负向调控肌肉内脂肪沉积

研究团队首先测定了靖远鸡胸肌在不同发育阶段的脂肪含量，发现随着年龄增长，肌肉内脂肪含量显著增加。同时，胸肌组织的总m⁶A修饰水平呈现下降趋势。在关键的m⁶A修饰相关酶中，甲基转移酶METTL3的表达在发育阶段表现出显著差异，并且在胸肌中的表达水平显著高于心脏、肝脏等其他组织。这表明METTL3介导的m⁶A修饰可能在鸡的肌肉脂肪沉积过程中扮演重要角色。6A methylase expression levels in chicken tissue.">

METTL3对鸡前体脂肪细胞增殖的影响

研究人员在体外培养的肌肉内和腹部前体脂肪细胞中分别过表达和敲低了METTL3基因。结果表明，过表达METTL3会显著抑制前体脂肪细胞的增殖活力和增殖相关基因（如CDK1、PCNA等）的表达。相反，敲低METTL3则显著促进了细胞的增殖能力。这证明METTL3能够抑制鸡前体脂肪细胞的增殖。

METTL3在体外调节鸡前体脂肪细胞的脂肪生成

细胞分化实验进一步显示，过表达METTL3显著下调了脂肪生成关键基因（如PPARγ、C/EBPα、FABP4等）的表达，并减少了细胞诱导分化后脂滴的积累。而敲低METTL3则得到了完全相反的结果：脂肪生成基因表达上调，细胞内脂滴大量积累。这些结果清楚地表明，METTL3能够抑制鸡前体脂肪细胞的脂肪生成分化。

METTL3介导的m⁶A修饰基因筛选

为了找到METTL3下游的关键靶基因，研究人员结合m⁶A测序结果，筛选出几个候选基因。最终，他们将目光锁定在PCYT1A上。验证实验发现，过表达METTL3会显著抑制PCYT1A的表达，而在鸡胸肌发育过程中，PCYT1A的表达趋势与METTL3呈负相关。更重要的是，m⁶A测序数据显示，PCYT1A mRNA的3’非翻译区存在显著的m⁶A修饰富集，这暗示其可能是METTL3的直接修饰靶点。6A modification genes regulated by METTL3.">

METTL3通过m⁶A甲基化调节PCYT1A表达

为确认调控机制依赖于METTL3的甲基化酶活性，研究人员构建了催化活性位点突变的METTL3质粒。结果发现，过表达野生型METTL3能显著降低PCYT1A的mRNA和蛋白水平，而过表达催化活性失活的突变体则没有此效果。同时，敲低METTL3会显著降低PCYT1A mRNA 3’UTR区域的m⁶A修饰水平，并延长其mRNA的半衰期，从而增强了PCYT1A的稳定性和表达。这证明METTL3通过其m⁶A甲基转移酶活性，负向调控PCYT1A的表达。6A modification.">

PCYT1A促进鸡前体脂肪细胞的脂质积累

最后，研究直接验证了PCYT1A的功能。在鸡前体脂肪细胞中过表达PCYT1A能显著上调脂肪生成相关基因的表达，并促进脂滴的形成；反之，敲低PCYT1A则抑制了脂肪分化。这确认了PCYT1A是脂肪生成的正向调节因子。

研究结论与意义

本研究系统性地阐明了m⁶A甲基转移酶METTL3在鸡肌肉内脂肪沉积中的调控机制。核心结论是：METTL3通过催化PCYT1A mRNA 3’UTR区域的m⁶A修饰，降低其稳定性，从而抑制PCYT1A的表达；而PCYT1A作为合成磷脂酰胆碱（细胞膜和脂滴表层的关键组分）的限速酶，其表达下调最终会抑制前体脂肪细胞的增殖与分化，减少脂质积累。

这项研究的创新性与重要意义在于：

1. 1.
   首次揭示了m⁶A修饰在鸡肌肉脂肪沉积中的具体作用通路，即“METTL3-m⁶A-PCYT1A”轴，填补了该领域的知识空白。
2. 2.
   明确了PCYT1A作为连接表观遗传修饰与脂质代谢的关键效应分子的角色，为理解脂肪细胞分化提供了新的分子视角。
3. 3.
   研究结果为通过干预表观遗传路径（如靶向METTL3或其下游信号）来精准调控家禽的肌肉脂肪含量、从而改良肉质提供了潜在的理论依据和分子靶点，具有重要的农业育种应用前景。

该工作不仅深化了我们对RNA表观遗传学在农业动物重要经济性状形成中作用的理解，也为后续利用多组学技术进一步探索METTL3调控的全局性靶基因网络奠定了基础。