RNA转录后修饰在神经系统发育和功能中发挥着重要作用。迄今为止，已鉴定出超过150种不同的RNA转录后修饰。高通量测序方法揭示了包括N⁶-甲基腺苷（m⁶A）、5-甲基胞嘧啶（m⁵C）、N¹ -甲基腺苷（m¹A）和假尿苷（ψ）在内的多种mRNA修饰在多种生物中的动态“表观转录组”图谱。南方科技大学生命科学学院神经生物学系姬生健课题组一直致力于探索RNA修饰在神经系统发育、功能和疾病中的作用，并取得一系列研究进展和成果（Yu et al., Nucleic Acids Research, 2018; Zhuang et al., Nucleic Acids Research, 2019; Yu et al., Advanced Science, 2021; Niu et al., eLlife, 2022; Niu et al., iScience, 2022; Zhuang et al., Molecular Psychiatry, 2023）。近期姬生健课题在该领域继续取得系列进展。

5-甲基胞嘧啶（m⁵C）作为真核细胞中最丰富的RNA修饰之一，逐渐被证实是RNA代谢调控的一种关键形式，并参与众多细胞过程，但其在神经发育中的作用仍基本未被探索。姬生健课题组研究发现，m⁵C阅读器蛋白 (reader) Ybx1参与调控不同时期小鼠神经系统的发育及功能，并且发挥不同作用。

在小鼠胚胎发育的早期阶段，Ybx1通过调控皮层神经祖细胞的细胞周期进展，从而在小鼠皮层的正常发育过程中发挥重要作用。他们发现发育中小鼠大脑皮层中m⁵C阅读蛋白Ybx1表达水平较高。为阐明其在皮层发育中的作用，他们在胚胎皮层神经干细胞（NSCs）中对Ybx1进行了敲除。他们发现Ybx1的条件性敲除（cKO）会导致小鼠围产期死亡，并伴有皮层发育异常。进一步的分析显示，缺乏Ybx1的皮层祖细胞增殖和分化能力受损。随后的多组学分析确定了Ybx1的靶标mRNA，这些mRNA编码关键的细胞周期调控蛋白，最终都汇聚到细胞周期蛋白D2（Ccnd2）上。研究发现Ybx1可调节其靶标转录本的稳定性。随后通过子宫内电穿孔技术对Ybx1靶标进行敲低和过表达实验均证实，这些靶标介导了Ybx1对神经前体细胞增殖和分化的调控作用。深入的研究分析显示，在Ybx1条件性敲除小鼠中，皮层祖细胞的G1期向S期转换受到了阻滞。本研究强调了m⁵C阅读蛋白Ybx1在促进胚胎皮层祖细胞细胞周期进程中的关键作用，这对皮层的正常发育至关重要。

图1. Ybx1调控皮层神经祖细胞的细胞周期进展的模型。

该项研究结果最近发表在著名学术期刊PLOS Biology上，题为“The m⁵C reader Ybx1 regulates embryonic cortical neurogenesis by promoting progenitor cell cycle progression”。

姬生健课题组还发现，在小鼠出生后发育的阶段，Ybx1参与调控海马齿状回（Dentate gyrus，DG）颗粒细胞（Granule cell，GC）轴突的生长。他们发现在海马DG的GC细胞中条件性敲除（cKO）Ybx1后，cKO小鼠的苔藓纤维（Mossy fiber）的长度显著下降同时影响小鼠短期记忆能力。此外，他们还发现Ybx1在外周神经系统的发育中也发挥着重要作用。Ybx1 mRNA在背根神经节（Dorsal root ganglion, DRG）的神经元轴突中高表达，并且可以进行局部翻译进而促进轴突生长。进一步研究发现，Ybx1通过调控轴突中Ttl和Mmp24 mRNA的局部翻译从而控制DG的GC细胞以及DRG神经元的轴突生长。m⁵C阅读器蛋白Ybx1通过调控其靶mRNA的局部翻译从而控制轴突生长可能是中枢神经元和外周神经元的轴突生长的一个保守机制。

该项研究结果发表在经典发育生物学期刊Development上, 题为“The m⁵C reader protein Ybx1 promotes axon growth by regulating local translation in axons”。

姬生健课题组之前的研究发现，在视网膜神经发育阶段，m⁶A阅读器蛋白YTHDF2是小鼠视网膜神经节细胞树突发育和保护的负调控因子(Niu et al., eLife, 2022)。但是，m⁶A修饰及其阅读器蛋白YTHDF2是否在与年龄增长相关的视网膜神经退行性变和视力丧失的过程中发挥作用还尚不清楚。该课题组最新的研究显示，之前观察到的小鼠视网膜神经节细胞树突在Ythdf2敲除后的发育表型不会维持到成年期。随后进一步发现了YTHDF2的缺失能够缓和衰老所导致的小鼠视网膜神经节细胞树突面积和复杂性的下降，并且能够提升衰老小鼠的视动反应能力。机制研究发现在衰老视网膜中，Ythdf2的敲除破坏了其靶mRNA的去稳定化过程，从而提高了其靶mRNA（包括Hspa12a和Islr2）的表达水平，从而降低了衰老小鼠视网膜树突萎缩和视力丧失的程度。尽管YTHDF2的靶mRNA如何保护衰老视网膜神经退行变性的确切机制仍需进一步研究，然而m⁶A修饰及其阅读器蛋白对基因表达的表观转录组调控可以作为与衰老相关的视力下降的潜在治疗靶点。

图2. YTHDF2调控衰老小鼠视网膜神经节细胞树突维持能力进而影响其视动反应的模型。

该研究最近发表于著名衰老研究期刊Aging Cell上，题为“Ythdf2 ablation protects aged retina from RGC dendrite shrinking and visual decline”。

姬生健课题组博士后张建为发表在PLOS Biology期刊上论文的第一作者，姬生健为该论文的通讯作者。姬生健课题组研究助理教授余君、南科大2024届本科毕业生张彦博（现为斯坦福大学在读博士生）以及博士后张建为发表在Development期刊上论文的共同第一作者，姬生健和余君为该论文的共同通讯作者。姬生健课题组2023届南科大-哈工大联培博士生牛富贵和南科大在读直博生（南科大本科毕业生）龙高鑫为发表在Aging Cell期刊上论文的共同第一作者，姬生健为该论文的通讯作者。这三篇论文，南科大均为唯一单位。

以上这些研究得到了国家自然科学基金、深圳医学研究专项、深圳市自然科学基金基础研究重点项目、深港脑科学创新研究院、广东省重点领域研发计划等的支持。

迄今为止，姬生健课题组已经在RNA修饰调控神经发育、功能、疾病和衰老领域发表了9篇研究论文，是该领域国际上最为重要的实验室（之一）。

论文链接：

PLOS Biology: https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3003175

Development: https://doi.org/10.1242/dev.202781

Aging Cell: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/acel.70107

供稿：生命科学学院

通讯员：邹冬霞、罗舒文