新型RNA表观修饰促进软骨再生的研究

This project focuses on the mechanisms of newly RNA epigenetic modification regulating mouse cartilage regeneration. Depending on cartilage injury model of MRL mice with stronger regenerative ability, we will draw a new dynamic histology map and systematically study dynamics variety of newly RNA methylation modification such as m6A on mRNA, combining with other omics data and then elucidating its regulation mechanisms through multi-omics integration. After integrate and compare the pattern of wild-type and MRL mice, we will reveal the mechanism how newly modification affects cartilage regeneration, and use CRISPR epigenetic manipulation system to regulate RNA modification status and verify representational regenerative molecular markers. Utilizing modification-related inhibitors changes regeneration process by interfering RNA epigenetic levels. Finally we explore methods that regain regeneration ability in wild-type mice via CRISPR by regulating site-specific modifications. Our research will promote the obtain of a new strategy for cartilage regeneration in mammals, providing new ideas for the treatment of cartilage injury diseases such as arthritis.

本项目将重点研究RNA新型表观修饰调控小鼠软骨再生的机制。以具有极强再生能力的MRL小鼠软骨损伤模型为研究对象，绘制小鼠软骨再生过程中mRNA m6A甲基化修饰的组学图谱，解析m6A修饰的动态变化规律，结合单细胞图谱等多种组学数据，阐明RNA新型表观修饰调控软骨原位再生的机制。进而揭示MRL小鼠强大再生能力的表观分子基础，利用CRISPR表观修饰调控系统操纵小鼠RNA新型表观修饰状态，验证代表性再生分子靶标。最后，以RNA表观修饰相关基因抑制剂干扰修饰水平从而影响再生进程，设计CRISPR干预方案，调控野生型小鼠特定靶点的RNA m6A修饰水平，重启其软骨再生能力。本项目的成功实施将为提高哺乳类动物软骨再生能力提供新策略，为治疗关节炎等软骨损伤疾病提新思路。

再生是指器官受损后在残存组织基础上重塑相同功能结构的过程，哺乳动物仅在部分组织器官中保留有一定程度的再生能力，因此探索增强或重启再生能力的方法具有重大意义。前人的研究主要围绕组织自身的干细胞及其调控通路展开，对再生微环境中复杂细胞组成及相互调控机制仍缺乏清晰阐述。本研究以具有超强再生能力的MRL小鼠为研究对象，绘制MRL和B6小鼠再生过程中多时间点转录谱和再生微环境单细胞图谱，发现与炎症反应和胞外基质重构相关的基因簇在两种小鼠中存在显著差异，且该基因簇分别由巨噬细胞和泛成纤维细胞群贡献。对巨噬细胞进行亚群拆分发现MRL小鼠富集抗炎亚群而B6小鼠富集促纤维亚群。脂肪前体细胞作为具有多分化潜能的泛成纤维细胞亚群之一，其在MRL小鼠中倾向于成脂分化而在B6小鼠中倾向于成纤维分化。通过小分子药物rosiglitazone促进B6小鼠脂肪前体细胞成脂分化倾向能够有效增强其再生能力。空间转录组显示MRL小鼠脂肪前体细胞、肌成纤维细胞和巨噬细胞形成特殊空间排列，提示我们巨噬细胞和成纤维细胞亚群间可能存在相互调控关系。该研究为解析再生微环境时空复杂调控网络奠定了基础，为重启哺乳动物复杂器官再生能力新策略提供了方向。