미토콘드리아 DNA에서 METTL4 매개 N 6 -메틸아데닌 과잉을 교정하는 것이 심부전을 완화시킨다

배경: 심근 미토콘드리아 기능 장애는 심부전(HF)의 발병 기전을 뒷받침하지만, 심근 미토콘드리아 기능을 회복하기 위한 치료 옵션이 부족하다. 메틸화와 같은 미토콘드리아 DNA(mtDNA)의 후성유전적 변형은 미토콘드리아 항상성을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 HF에서의 이들의 역할은 불분명하다. 방법: 실험적인 HF 모델은 지속적인 안지오텐신 II 및 페닐에프린(AngII/PE) 주입 또는 장기적인 심근 허혈/재관류 손상을 통해 설정되었다. 실패한 심근세포 mtDNA 내의 N 6 -메틸아데닌(6mA) 메틸화 경관을 고해상도 질량 분석법과 메틸화된 DNA 면역침전 시퀀싱을 사용하여 특성화하였다. mtDNA 6mA 및 그 메틸트랜스퍼레이스 METTL4가 HF에서의 역할을 규명하기 위해 심근세포 특이적인 TAMOXIFEN 유도성 Mettl4 노크아웃 마우스 모델과 METTL4(메틸트랜스퍼레이스 유사 단백질 4) 발현의 심근세포 표적 조작을 위해 설계된 아데노 관련 바이러스 벡터를 사용하였다. 결과: METTL4는 주로 성체 심근세포 미토콘드리아 내에 위치하였다. 6mA 변형은 세포핵 DNA보다 mtDNA에서 유의미하게 더 풍부하였다. 출생 후 심근세포 성숙에 따라 mtDNA 내의 6mA 수준이 감소하였으며, 이는 METTL4 발현 감소와 일치하였다. 그러나 실패한 성체 심근세포에서 mtDNA 6mA 수준 및 METTL4 발현 모두 증가가 관찰되어, 신생아와 유사한 상태로의 전환을 제안하였다. METTL4는 mtDNA 프로모터 영역을 선호적으로 표적하여 전사 개시 복합체 조립, mtDNA 전사 중단 및 궁극적으로 미토콘드리아 기능 장애에 간섭하였다. METTL4 과발현을 통해 심근세포 mtDNA 6mA를 증대시키는 것은 자발적인 미토콘드리아 기능 장애 및 HF 표현형을 초래하였다. 전사 인자 p53은 HF 유발 스트레스에 반응하여 METTL4 전사를 직접 조절하는 것으로 확인되어, METTL4 발현과 mtDNA 6mA를 조절하는 스트레스 반응 메커니즘을 밝혀낸다. Mettl4 유전자의 심근세포 특이적 결실은 mtDNA 6mA 과잉을 제거하고 미토콘드리아 기능을 보존하며 AngII/PE의 지속적인 주입시 HF 발전을 완화하였다. 또한, 심근세포에서 METTL4를 유pecific 차단하면 미토콘드리아 기능이 회복되고, AngII/PE 주입 또는 심근 허혈/재관류 손상에 의해 유도된 HF와 관계없이 기존 HF를 가진 생쥐에게 치료적 완화를 제공하였다. 결론: 우리의 발견은 심근세포 mtDNA 6mA와 해당 메틸트랜스퍼레이스 METTL4가 미토콘드리아 기능 장애 및 HF의 발병 기전에서 중요한 역할을 함을 확인한다. mtDNA 6mA 과잉을 교정하기 위해 METTL4를 표적 억제하는 것은 미토콘드리아 중심 HF 개입 개발을 위한 유망한 전략으로 떠오른다.