Clin Epigenetics：METTL3促进成骨细胞核糖体生物生成并缓解牙周炎

牙周炎是一种口腔炎症性疾病，会逐渐损害牙齿的支撑结构。牙周炎由细菌生物膜引发，以牙龈炎症和溶骨病变为特征。来自革兰氏阴性菌的脂多糖(LPS)可以破坏骨吸收和形成的平衡，被认为是牙周炎炎症性骨侵蚀的重要诱导剂。成骨细胞作为最重要的骨形成细胞，在牙槽骨的发育、生长和维持中起着至关重要的作用。牙周炎症对成骨细胞功能的损害是导致牙槽骨丢失的原因，这一直是牙周炎治疗的一个挑战。

大多数细胞功能障碍，如炎症和肿瘤发生，都与核糖体依赖性蛋白质组重塑相协调。核糖体构成翻译机制的核心，解码mRNA信息并构建蛋白质。真核核糖体由不同的核糖体RNA (RNAs)和核糖体蛋白(RPs)组成，三种RNA聚合酶(RNA pols)都有输入。核糖体的生物发生是一个多步骤的过程，始于核仁，结束于细胞质。该过程受到多个检查点和监视路径的严格控制。任何核糖体新合成的中断都可能导致先天性疾病，包括颅面、轴骨和肢体骨骼的缺陷。最近的报道表明，在成骨细胞分化过程中，核糖体的生物发生是动态调控的。然而，核糖体生物发生与牙周炎患者牙槽骨丢失之间的关系仍然是难以捉摸的。

N6 -甲基腺苷(m6 A)是真核生物中最丰富的RNA化学修饰之一，可以在m6 A读本的帮助下调节RNA剪接、降解、转运和翻译。最近的报道揭示了m6 A在骨质疏松症、骨关节炎和骨折愈合等骨相关疾病中的重要作用。我们之前的数据阐明了n6 -腺苷甲基转移酶METTL3对骨髓间充质干细胞(BMSCs)和成骨前细胞成骨能力的促进作用。METTL3在脂多糖诱导的炎症环境中调节成骨细胞分化和凋亡。然而，METTLl3介导的m6 A是否调节牙周炎的发展仍不清楚。METTL3在成骨细胞核糖体生物发生和整体蛋白合成中的研究也很有限。本研究旨在探讨METTL3在LPS刺激成骨细胞核糖体功能中的具体调控作用，并探讨METTL3抑制剂在牙周炎小鼠中的作用。

在lps刺激成骨细胞的RNA-seq分析中鉴定出核糖体作为METTL3靶点。A通过western blotting验证敲除效率。B KEGG通路和GO富集分析显示shCTRL组和shMETTL3组转录本的表达存在差异。C基因集的GSEA富集图。D在成骨和LPS刺激3天后检测rnas的表达。n = 4。GM，生长培养基;OM，成骨诱导培养基。E用5 μg/mL嘌呤霉素处理细胞40 min, western blotting检测新生多肽。以β-肌动蛋白为内控。n = 3。所有数据均为平均值±SD。* P < 0.05

METTL3基因敲低和过表达对核糖体生物发生的影响。A, C在LPS和成骨诱导3天后，检测METTL3敲除细胞中rnas和RPs的表达。核糖体rna, n = 4。当初,n = 3。B: RP基因差异表达的热图。D分离核糖体，260 nm吸光度定量。翻译效率被记录为多体和不翻译单体的吸光度之比。E采用嘌呤霉素掺入法测定siMETTL3细胞的蛋白合成率。n = 3。F采用western blotting检测METTL3过表达效率。G在mettl3过表达的细胞中评估rnas和RPs的表达。n = 3。所有数据均为平均值±SD。* P < 0.05;* * P < 0.01;* * * P < 0.001

METTL3对氧化磷酸化和成骨细胞分化的影响。GSEA分析发现，METTL3缺失影响ATP生物合成过程和氧化磷酸化的基因。B .测定lps处理成骨细胞中METTL3敲低和过表达后的ATP水平。n = 3。C在第3天检测呼吸链基因的表达。击倒,n = 4。超表达,n = 3。D敲除METTL3后测定MMP水平。n = 3。分别用成骨诱导培养基和LPS(含或不含100 nM CX-5461/鱼藤酮)处理E-H MC3T3-E1细胞。CCK8法分析细胞增殖情况(E)， western blotting法(F)和qRT-PCR法(G)检测第3天RUNX2和OSX的表达水平，第7天进行ALP染色(H)。所有数据均为平均值±SD。* P < 0.05;* * P < 0.01;* * * P < 0.001

Wnt/β-catenin/c-Myc信号在mettl3耗竭细胞中的作用。A采用qRT-PCR检测c-Myc的表达及mRNA降解情况。n = 3。B免疫印迹法测定第3天β-catenin和c-Myc蛋白水平。C-F用或不加CHIR处理细胞3天。采用qRT-PCR和western blotting检测β-catenin、c-Myc、rnas和RPs的表达。c-Myc, rnas, n=4。当初,n = 3。G、H第3天测定核糖体水平和新蛋白合成率。n = 3。I、J第3天检测ATP水平和MMP。n = 3。(K) western blotting检测成骨标志物RUNX2、OSX、OCN。所有数据均为平均值±SD。* P < 0.05;* * P < 0.01;* * * P < 0.001

结果：METTL3在成骨细胞中表达下调，下调基因在核糖体和翻译中富集。在LPS刺激的成骨细胞中，METTL3敲低抑制核糖体的生物发生和氧化磷酸化，而METTL3过表达促进核糖体和线粒体功能。在机制上，METTL3通过激活Wnt/β-catenin/c-Myc信号通路介导成骨细胞的生物学行为。METTL3缺失通过YTHDF2增强了Dkk3和Sostdc1 mRNA的表达和稳定性。在牙周炎小鼠中，METTL3抑制剂SAH促进牙槽骨丢失和局部炎症状态，这可以通过Wnt/β-catenin通路激活剂chir99021 HCl部分恢复。

结论：METTL3通过激活lps处理的成骨细胞Wnt/β-catenin/cMyc信号通路促进核糖体生物发生和氧化磷酸化，减轻牙周炎小鼠炎性牙槽骨破坏。

原文出处：

Yiwen, Zhang,  Yiping,METTL3 promotes osteoblast ribosome biogenesis and alleviates periodontitis.Clin Epigenetics 2024/01/25;16