热点综述 | m6A × 肿瘤相关lncRNA研究思路

2021-04-19 217文献解读

搞科研,时刻关注热点很重要,比如最近小编疯狂更新的单细胞和空间组学;今天咱们换个方向,插播一条国自然热点:m6A修饰。

目前m6A修饰和lncRNA都有许多机制尚未阐明。近日,来自南方医科大学珠江医院的研究团队在《Molecular Therapy Nucleic Acids》发表综述,总结了m6A修饰在肿瘤相关lncRNAs的调控和功能中的作用,同时讨论了该领域的潜在应用和未来可能的发展方向。

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m6A修饰

N6-甲基腺苷(m6A)是真核细胞中最丰富的修饰,它调控RNA的转录、加工、剪接、降解和翻译。m6A甲基化水平与肿瘤、心力衰竭、阿尔茨海默病、牙周炎、腹主动脉瘤、肥胖症等疾病的发生、发展密切相关。

m6A通过三个同源因子writers(甲基转移酶)、readers(结合蛋白)和erasers(去甲基酶)之间的动态相互作用,对RNA产生修饰和影响:

writers复合物由METTL3、METTL14、WTAP、RBM15、ZC3H13、VIRMA、CBLL1组成。此外,METTL16是另一种新型的独立RNA甲基转移酶。
如YTHDF1-3、YTHDC1-2、IGF2BPs、HNRNPs、eIF3、FMRP、Prrc2a、METTL3、LRPPRC等readers都可以识别m6A writers,对mRNA有不同的作用。
erasers可以调节去甲基化过程的蛋白,包括FTO、ALKBH5、ALKBH9、ALKBH10B。

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lncRNAs的特点、调控机制和生物功能

长链非编码RNA(lncRNAs)是一种长度超过200个核苷酸的新型非编码RNA,通常在人类基因组中转录。现已证实,lncRNAs在表观遗传修饰、mRNA转录、剪接、稳定性和翻译等生物学功能中发挥着重要作用。特别是,已经证实lncRNA参与多种疾病的发生、发展和预后,包括癌症、神经精神疾病、免疫分子机制和心脏基因程序。lncRNAs能与蛋白质、RNA、DNA相互作用,并介导它们的功能。

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m6A修饰在肿瘤相关lncRNAs调控中的作用

m6A修饰可调控lncRNAs

一方面,m6A修饰作用于RNA-DNA三螺旋结构,调节lncRNA与特定DNA位点的关系。另一方面,m6A修饰为readers提供结合位点或调节局部RNA的结构,进而诱导RBPs的结合来调节lncRNAs的功能。

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m6A writers可以调控lncRNAs,例如,XIST是RBM15/15B定向甲基化的靶点,它通过ZC3H13直接与m6A机制相互作用。蛋白质组学分析表明,WTAP是XIST相关蛋白,RBM15/RBM15B也以WTAP依赖的方式与METTL3结合,作为m6A甲基化复合物作用于XIST,从而影响其功能。METTL16和METTL3也都能被招募到lncRNAs中,包括研究较多的MALAT1和XIST。在XIST中删除m6A结构域并对这些基因进行分析将立即影响下游,这表明m6A在XIST中的作用远没有在细胞范围系统被破坏和用于分析基因表达的整个细胞转录水平被分析时重要。相关研究发现m6A修饰被安装在METTL3上以增强ABHD11-AS1转录物的稳定性,从而增加其表达,这强调了METTL3诱导ABHD11-AS1在非小细胞肺癌(NSCLC)中的功能和机制。作为维持前列腺癌细胞m6A水平的关键因素,VIRMA下调通过减弱m6A的整体水平,降低致癌lncRNA的稳定性和丰度,以及前列腺癌的侵袭性表型。

m6A readers在lncRNA中也有这样的功能作用。YTHDC2位于细胞核和细胞质中,已被证明能与lncRNA中的选择性m6A位点结合。HNRNPC和HNRNPA2/B1是lncRNA局部和二级结构变化后与m6A位点结合的蛋白。一种新的lncRNA(DMDRMR)调控DNA甲基化并与RNA m6A readers协同作用促进肾透明细胞癌(ccRCC)的肿瘤生长和转移。相关研究已阐明DMDRMR与IGF2BP3协同以m6A依赖的方式调控靶基因,可能是ccRCC的潜在诊断、预后和治疗靶点。作为一种核m6A readers,YTHDC1可以调节RNA剪接,在妇科肿瘤细胞系中,缺氧通过改变剪接产生靶向mRNA亚型的无意义介导的衰变而导致YTHDC1蛋白水平的降低。同时,另一项相关研究指出指出IGF2BP2作为m6A readers,通过调节其新靶点lncRNA-DANCR的稳定性,促进胰腺癌细胞的增殖和类干细胞特性。

作为基因表达的一个额外的转录后调控过程,选择性剪接(As)可以通过m6A修饰来调控,然后从一个初级转录本产生lncRNAs。LINC00266-1是之前注释的lncRNA,可以编码一种未被表征的肽,命名为RNA结合调节肽(RBRP),该肽具有结合IGF2BP1的能力,并增强其识别RNA上m6A的能力,随后在肿瘤发生中起到致癌作用。作为writers的METTL3/14和WATP,作为erasers的ALKBH5,作为readers的YTHDF1的结合,都影响了LINC00278到YY1BM的翻译。相关研究发现AKLBH5可调节lncRNA H19的表达,右美托咪定治疗后可减轻缺氧-复氧引起的ALKBH5对老年心肌细胞的损伤。高度富集的m6A可增强LINC00857的RNA稳定性,m6A修饰的LINC00857上调可通过调节miR-150-5p/E2F3轴促进胰腺癌的发生。

m6A修饰lncRNAs在肿瘤中的应用

在畸胎瘤实验上观察到的表型表明,m6A的缺乏也可能在肿瘤进展中发挥重要作用;不可否认,多方面的研究已经阐明了m6A writers和erasers都与癌症有关。然而,大多数研究都集中在mRNA上,对lncRNAs中RNA修饰的功能相关性知之甚少。大量证据表明,m6A和lncRNA在肿瘤的发生和演变过程中都起着一定的作用。

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TCGA的AML研究数据集分析显示,AML患者m6A调控基因和TP53的突变和拷贝数变异之间存在稳固的关联。此外,m6A调控基因的变化会导致AML患者的生存率变差。重要的是,经过处理的MALAT1转录本含有一个3'-三螺旋RNA稳定元件,该元件由一个富含U的内环与下游富含A的通道相关联,以保护MALAT1转录本不被降解。METTL16,一个新颖的m6A writers,识别并结合了这个三螺旋,这增加了m6A修饰存在于这个三螺旋中的可能性。在四个细胞系中的两个细胞系中,只有一小部分MALAT1分子(约2~3%)在其他预测位点(A2674/2684/2698)携带m6A修饰。MALAT1还可以以m6A依赖性的方式调节包括YTHDC1和METTL14在内的嵌合体mRNA的输出,从而控制造血细胞的分化。相关研究进一步揭示了YTHDC1识别MALAT1-m6A在维持核斑的构成和基因组结合位点方面起着关键作用,从而调控多个关键致癌基因的表达,人工将YTHDC1与m6A缺失的MALAT1进行拴系,很大程度上挽救了癌细胞的转移潜能。

m6A修饰的lncRNA可以诱导肿瘤细胞的增殖、迁移和凋亡,包括胰腺癌、卵巢癌和肝癌。相关研究表征了一种Y连锁的lncRNA LINC00278,它在男性ESCC中下调,吸烟可以下调LINC00278翻译的m6A修饰。此外,研究数据表明在LINC00278的m6A修饰工作中,METTL3、METTL14和,WTAP作为 "writers",ALKBH5作为 "erasers",YTHDF1作为 "readers "。另一项研究揭示了一个新的LNC942-METTL14-CXCR4/CYP1B1信号轴,它为BRCA的预防和治疗提供了一个新的靶点,并揭示了串扰m6A表观遗传修饰的机制。临床上,相关研究人员提出结直肠癌(CRC)患者肿瘤中lncRNA GAS5的表达与YAP和YTHDF3的蛋白水平呈负相关。相关研究在CRC细胞中发现了一个'METTL14-YTHDF2-lncRNA'调控轴,它可以介导XIST的降解,显著增强CRC细胞在体外的增殖和侵袭能力,促进体内肿瘤的发生和转移。在临床研究中,lncRNA RP11-139J23.1在CRC中高表达,受m6A甲基化的控制,另一项研究阐明m6A诱导的lncRNA RP11可通过上调Zeb1引发CRC细胞的转移和增殖。其他研究证明lncRNA KB-1980E6.3通过lncRNA KB-1980E6.3/IGF2BP1/c-Myc轴维持乳腺癌干细胞的干性,并认为该轴的破坏可能为难治性低氧肿瘤提供新的治疗靶点。

应用和未来方向

详细研究lncRNAs中化学修饰的分布和功能,以及它们与相关蛋白的关联,将有助于全面了解活跃在哺乳动物细胞中的多层基因表达控制机制。

许多lncRNAs主要通过抗病毒应答依赖和抗病毒应答非依赖的途径逐渐被认为是病毒与宿主相互作用的关键因素。相反,lncRNA在病毒感染和先天性抗病毒反应中的作用尚不清楚。研究人员认为,免疫相关lncRNAs的鉴定可能为低级别胶质瘤的分子机制和治疗研究提供新的方向。正是由于lncRNAs的作用,我们可以推断m6A修饰的lncRNAs可以发挥免疫作用。然而,m6A修饰在免疫相关lncRNAs中的生物学功能尚不清楚,因此有必要对lncRNAs和免疫进行进一步的研究。尽管我们对m6A修饰的功能和调控的研究已经取得了很大的进展,但仍有许多工作要做,如m6A是如何精确调控基因表达的。m6A和lncRNA修饰在染色质状态形成中的潜在作用可能为解释这些修饰如何参与发育过程中的基因调控提供了额外的机制。通过不断改进m6A的检测方法,识别更多的readers, writers 和 erasers,发现m6A的潜在功能,在众多研究者的共同努力下,我们无疑将扩大对m6A生物学特性的了解,扩大对人类健康和疾病的认识。探讨m6A修饰lncRNAs在肿瘤中的作用,为早期发现、预防和治疗肿瘤提供了广阔的前景。长期以来,学者们一直致力于阐明肿瘤中差异表达lncRNAs的下游机制,而其上游调控机制却没有引起人们的重视。对于受m6A修饰调控的lncRNAs,m6A修饰可能是上游调控机制之一。对于m6A调控的不同表达的lncRNAs,除了siRNA或CRISPR-CAS9 RNA编辑外,我们可能尝试通过使用m6A抑制剂或激活剂来干预lncRNAs的表达水平,这可能是一种新的方法来调节不同表达的lncRNAs,甚至可以治疗肿瘤。

对m6A甲基化lncRNAs的进一步研究将支持我们更好地理解它们在肝脏疾病或其他疾病中的作用,特别是在肿瘤中的作用。m6A甲基化lncRNAs将作为有效的预后生物标志物,并提供有用的个体治疗。

两项新开发的高通量深度测序技术(MeRIP和m6A测序),在揭示m6A修饰的功能意义方面发挥了关键作用。随着科学技术的发展,会有越来越多的m6A修饰的lncRNA被发现和检测。

此外,m6A相关蛋白及其抑制剂的研究为癌症的早期诊断、有效治疗甚至疾病预后提供了新的机会,尤其是与新兴的免疫疗法相结合时。因此,需要进一步探索分子相互作用和机制。通过不断改进检测方法,识别更多的m6A readers, writers 和 erasers,发现m6A修饰的lncRNA潜在功能,无疑将扩大我们对其在人类健康和疾病的贡献以及m6A在lncRNAs调控中的作用的认识,包括分子途径和肿瘤发生。

参考文献 Lan Y, Liu B, Guo H. The Role of M6A Modification in the Regulation of Tumor Related lncRNAs[J]. Molecular Therapy-Nucleic Acids, 2021. 图片均来源于参考文献,如有侵权请联系删除。

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