A BMP-controlled metabolic-epigenetic signaling cascade directs midfacial morphogenesis

表观遗传学 形态发生 骨形态发生蛋白 细胞生物学 级联 生物 信号转导 遗传学 生物信息学 基因 化学 色谱法
作者
Jingwen Yang,Lingxin Zhu,Haichun Pan,Hiroki Ueharu,Masako Toda,Qian Yang,Shawn A. Hallett,Lorin E. Olson,Yuji Mishina
出处
期刊:Journal of Clinical Investigation [American Society for Clinical Investigation]
标识
DOI:10.1172/jci165787
摘要

Craniofacial anomalies, especially midline facial defects, are among the most common birth defects in patients associated with increased mortality or require lifelong treatment. During mammalian embryogenesis, specific instructions arising at genetic, signaling, and metabolic levels are important for stem cell behaviors and fate determination, but how these functionally relevant mechanisms are coordinated to regulate craniofacial morphogenesis remain unknown. Here, we report that BMP signaling in cranial neural crest cells (CNCCs) is critical for glycolytic lactate production and subsequent epigenetic histone lactylation, thereby dictating craniofacial morphogenesis. Elevated BMP signaling in CNCCs through constitutively activated ACVR1 (ca-ACVR1) suppressed glycolytic activity and blocked lactate production via a p53-dependent process that resulted in severe midline facial defects. By modulating epigenetic remodeling, BMP signaling-dependent lactate generation drived histone lactylation levels to alter essential genes of Pdgfra thus regulating CNCC behavior in vitro as well as in vivo. These findings define an axis wherein the BMP signaling controls a metabolic-epigenetic cascade to direct craniofacial morphogenesis, thus providing a conceptual framework for understanding the interaction between genetic and metabolic cues operative during embryonic development. These findings indicate potential preventive strategies of congenital craniofacial birth defects via modulating metabolic-driven histone lactylation.
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