N6-methyladenosine (m6A), installed by the Mettl3/Mettl14 methyltransferase complex, is the most prevalent internal mRNA modification. Whether m6A regulates mammalian brain development is unknown. Here, we show that m6A depletion by Mettl14 knockout in embryonic mouse brains prolongs the cell cycle of radial glia cells and extends cortical neurogenesis into postnatal stages. m6A depletion by Mettl3 knockdown also leads to a prolonged cell cycle and maintenance of radial glia cells. m6A sequencing of embryonic mouse cortex reveals enrichment of mRNAs related to transcription factors, neurogenesis, the cell cycle, and neuronal differentiation, and m6A tagging promotes their decay. Further analysis uncovers previously unappreciated transcriptional prepatterning in cortical neural stem cells. m6A signaling also regulates human cortical neurogenesis in forebrain organoids. Comparison of m6A-mRNA landscapes between mouse and human cortical neurogenesis reveals enrichment of human-specific m6A tagging of transcripts related to brain-disorder risk genes. Our study identifies an epitranscriptomic mechanism in heightened transcriptional coordination during mammalian cortical neurogenesis.

N6-methyladenosine (m6A) affects multiple aspects of mRNA metabolism and regulates developmental transitions by promoting mRNA decay. Little is known about the role of m6A in the adult mammalian nervous system. Here we report that sciatic nerve lesion elevates levels of m6A-tagged transcripts encoding many regeneration-associated genes and protein translation machinery components in the adult mouse dorsal root ganglion (DRG). Single-base resolution m6A-CLIP mapping further reveals a dynamic m6A landscape in the adult DRG upon injury. Loss of either m6A methyltransferase complex component Mettl14 or m6A-binding protein Ythdf1 globally attenuates injury-induced protein translation in adult DRGs and reduces functional axon regeneration in the peripheral nervous system in vivo. Furthermore, Pten deletion-induced axon regeneration of retinal ganglion neurons in the adult central nervous system is attenuated upon Mettl14 knockdown. Our study reveals a critical epitranscriptomic mechanism in promoting injury-induced protein synthesis and axon regeneration in the adult mammalian nervous system.

N6-methyladenosine (m6A) modification of mRNA is emerging as a vital mechanism regulating RNA function. Here, we show that fragile X mental retardation protein (FMRP) reads m6A to promote nuclear export of methylated mRNA targets during neural differentiation. Fmr1 knockout (KO) mice show delayed neural progenitor cell cycle progression and extended maintenance of proliferating neural progenitors into postnatal stages, phenocopying methyltransferase Mettl14 conditional KO (cKO) mice that have no m6A modification. RNA-seq and m6A-seq reveal that both Mettl14cKO and Fmr1KO lead to the nuclear retention of m6A-modified FMRP target mRNAs regulating neural differentiation, indicating that both m6A and FMRP are required for the nuclear export of methylated target mRNAs. FMRP preferentially binds m6A-modified RNAs to facilitate their nuclear export through CRM1. The nuclear retention defect can be mitigated by wild-type but not nuclear export-deficient FMRP, establishing a critical role for FMRP in mediating m6A-dependent mRNA nuclear export during neural differentiation.

Abstract Mesenchymal stem cell (MSC)-based therapies are under broad investigation for applications in tissue repair but suffer from poor cell persistence and engraftment upon transplantation. MSC spheroids exhibit improved survival, anti-inflammatory, and angiogenic potential in vitro, while also promoting vascularization when implanted in vivo. However, these benefits are lost once cells engage the tissue extracellular matrix and migrate from the aggregate. The efficacy of cell therapy is consistently improved when using engineered materials, motivating the need to investigate the role of biomaterials to instruct spheroid function. In order to assess the contribution of adhesivity on spheroid activity in engineered materials and promote the bone-forming potential of MSCs, we compared the function of MSC spheroids when entrapped in Arg-Gly-Asp (RGD)-modified alginate hydrogels to nonfouling unmodified alginate. Regardless of material, MSC spheroids exhibited reduced caspase activity and greater vascular endothelial growth factor (VEGF) secretion compared with equal numbers of dissociated cells. MSC spheroids in RGD-modified hydrogels demonstrated significantly greater cell survival than spheroids in unmodified alginate. After 5 days in culture, spheroids in RGD-modified gels had similar levels of apoptosis, but more than a twofold increase in VEGF secretion compared with spheroids in unmodified gels. All gels contained mineralized tissue 8 weeks after subcutaneous implantation, and cells entrapped in RGD-modified alginate exhibited greater mineralization versus cells in unmodified gels. Immunohistochemistry confirmed more diffuse osteocalcin staining in gels containing spheroids compared with dissociated controls. This study demonstrates the promise of cell-instructive biomaterials to direct survival and function of MSC spheroids for bone tissue engineering applications. Significance Mesenchymal stem cell (MSC) spheroids exhibit improved therapeutic potential in vitro compared with dissociated MSCs, yet spheroids are directly injected into tissues, ceding control of cell function to the extracellular matrix and potentially limiting the duration of improvement. Cell delivery using adhesive biomaterials promotes cell retention and function. These studies explored the role of adhesion to the surrounding matrix on spheroid function. When entrapped in an adhesive biomaterial, MSC spheroids exhibited improved survival and proangiogenic growth factor secretion in vitro and bone formation in vivo compared with cells in nonadhesive hydrogels. These findings demonstrate the value of deploying MSC spheroids in instructive biomaterials to improve cell function.