鼻咽癌(NPC)是一種易轉(zhuǎn)移的原發(fā)性鼻咽惡性腫瘤,在中國南方地區(qū)流行,其中未分化型最為常見。不幸的是,由于NPC的高侵襲性和早期轉(zhuǎn)移特征,診斷為NPC的患者在初診時往往表現(xiàn)為疾病晚期。盡管基于放射治療的診斷和系統(tǒng)治療取得了一定的進(jìn)展,但NPC患者的預(yù)后仍然不理想。因此,迫切需要確定NPC生長和轉(zhuǎn)移的機(jī)制,這將有助于制定針對NPC的特定治療策略。越來越多的證據(jù)表明,表觀遺傳調(diào)節(jié)異常(如DNA甲基化、非編碼RNA和超級增強(qiáng)子)對NPC的發(fā)生和發(fā)展起著重要作用。然而,這些研究主要集中在轉(zhuǎn)錄水平的表觀遺傳改變,而對NPC的轉(zhuǎn)錄后修飾尚未進(jìn)一步探索。
真核RNAs的轉(zhuǎn)錄后修飾,主要包括N6-甲基腺苷(m6A)、N1-甲基腺苷(m1A)和5-甲基胞嘧啶(m5C),已被證實可微調(diào)基本RNAs的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征,在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄穩(wěn)定性、翻譯、可變剪接(AS)、亞細(xì)胞定位和相分離等方面具有關(guān)鍵作用。其中,m6A在高等真核生物mRNA和非編碼RNA中最為普遍。在哺乳動物中,它主要發(fā)生在RRACH(R對應(yīng)于G或A;H對應(yīng)于A、C或U)序列的腺嘌呤上,由一個含有METTL3/14(甲基轉(zhuǎn)移酶樣3/14)、WTAP(Wilms腫瘤1相關(guān)蛋白)和VIRMA(Vir樣m6A甲基轉(zhuǎn)移酶相關(guān)蛋白)的大型甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物催化。相比之下,兩種m6A去甲基化酶(ALKBH5和FTO)在選擇性地從其靶RNAs中去除甲基密碼方面發(fā)揮著核心作用。隨后,m6A修飾的RNAs的命運(yùn)取決于reader蛋白(通常用于解釋和介導(dǎo)動態(tài)m6A沉積的功能結(jié)果),最終調(diào)節(jié)基因表達(dá)和細(xì)胞命運(yùn)。
最近,m6A修飾的調(diào)節(jié)異常與包括癌癥發(fā)展在內(nèi)的多種生物學(xué)過程有關(guān)。例如,ALKBH5通過減少FOXM1新生轉(zhuǎn)錄本上的m6A修飾,從而維持其表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞的致瘤性。METTL3被證明通過上調(diào)HDGF(肝素結(jié)合生長因子)mRNA上的m6A修飾并通過IGF2BP3(胰島素樣生長因子2 mRNA結(jié)合蛋白3)依賴性途徑增強(qiáng)其RNA穩(wěn)定性來加速細(xì)胞糖酵解并促進(jìn)胃癌(GC)的進(jìn)展。有趣的是,METTL14通過METTL14-YTHDF2(YTH N6-甲基腺苷RNA結(jié)合蛋白2)介導(dǎo)的m6A依賴性方式下調(diào)癌胎兒長鏈非編碼RNA(lncRNA)XIST的水平,從而發(fā)揮其腫瘤抑制功能。之前的研究發(fā)現(xiàn)ZNF750轉(zhuǎn)錄本上的低m6A沉積,這可能與ZNF750在NPC中的不穩(wěn)定性和低表達(dá)有關(guān)。這些研究揭示了m6A調(diào)節(jié)因子的功能和預(yù)后價值。然而,m6A調(diào)節(jié)因子在NPC中的確切功能和潛在調(diào)節(jié)機(jī)制仍然不清楚。
近日,Cell Death & Differentiation(IF15.828)期刊在線發(fā)表了題為WTAP-mediated m6A modification of lncRNA DIAPH1-AS1 enhances its stability to facilitate nasopharyngeal carcinoma growth and metastasis的研究論文。報道了WTAP以m6A依賴性方式維持lncRNA DIAPH1-AS1的穩(wěn)定性,促進(jìn)MTDH-LASP1復(fù)合物的形成,保護(hù)LASP1免于泛素降解,最終促進(jìn)NPC的生長和轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制。暗示W(wǎng)TAP是NPC的一種新型預(yù)后和治療靶點(diǎn)。
首先,為了研究m6A介導(dǎo)因子在NPC中的潛在作用,研究人員首先基于包含31個NPC和10個非腫瘤鼻咽上皮組織的GEO數(shù)據(jù)庫GSE12452,比較了幾個關(guān)鍵m6A調(diào)節(jié)因子的mRNA水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn)WTAP是最顯著差異表達(dá)的m6A調(diào)節(jié)因子,并在NPC中被鑒定為上調(diào)。qRT-PCR檢測發(fā)現(xiàn),與正常樣本相比,NPC中的WTAP mRNA水平顯著更高。此外,NPC中的WTAP蛋白水平也明顯增加。一致地,九個NPC細(xì)胞系中的WTAP mRNA和蛋白質(zhì)水平顯著上調(diào)。隨后,研究人員分析了WTAP在一組NPC樣本中的臨床意義,發(fā)現(xiàn)WTAP增加與預(yù)后不良相關(guān)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)WTAP在NPC中上調(diào)是由KAT3A介導(dǎo)的H3K27乙酰化調(diào)控的。
Fig1. WTAP在NPC中上調(diào)并作為NPC患者的預(yù)后因素
接下來,為了深入了解WTAP的功能,研究人員基于GEO數(shù)據(jù)庫(GSE12452)中的NPC微陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行了基因集富集分析(GSEA)。結(jié)果顯示上調(diào)的WTAP表達(dá)與NPC發(fā)展密切相關(guān)。接著,研究人員在細(xì)胞水平沉默WTAP,發(fā)現(xiàn)敲低WTAP明顯損害NPC細(xì)胞的增殖能力,并且顯著抑制了NPC細(xì)胞的遷移和侵襲;過表達(dá)WTAP則得到相反的效果。
Fig2. WTAP在體外促進(jìn)NPC細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移
為了進(jìn)一步評估WTAP對體內(nèi)NPC腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的影響,研究人員建立了異種移植生長和腹股溝淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉默WTAP導(dǎo)致異種移植物的生長速度和腫瘤重量顯著降低。此外,WTAP敲低組的原發(fā)性足墊腫瘤和轉(zhuǎn)移性腹股溝淋巴結(jié)的體積明顯小于對照組。沉默WTAP導(dǎo)致對原發(fā)性腫瘤的皮膚和淋巴管的侵襲性降低。此外,WTAP沉默組腹股溝淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移率顯著降低。表明WTAP可能通過促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和侵襲在NPC中發(fā)揮其致癌作用。
Fig3.?敲低WTAP干擾了NPC在體內(nèi)的增殖和侵襲
最后的機(jī)制研究顯示,lncRNA DIAPH1-AS1被鑒定為WTAP的一個真正的m6A靶標(biāo)。WTAP介導(dǎo)的DIAPH1-AS1 m6A修飾依賴于m6A reader IGF2BP2依賴性途徑增強(qiáng)了其穩(wěn)定性。此外,DIAPH1-AS1作為分子適配器,促進(jìn)了MTDH-LASP1復(fù)合物的形成,并上調(diào)LASP1的表達(dá),最終促進(jìn)NPC的生長和轉(zhuǎn)移。
Fig4. WTAP通過調(diào)節(jié)lncRNA DIAPH1-AS1 m6A修飾并破壞其RNA衰變來促進(jìn)NPC腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的模型圖
總之,本研究提出了這樣一個分子機(jī)制模型:其中WTAP以m6A依賴性方式維持lncRNA DIAPH1-AS1的穩(wěn)定性,促進(jìn)MTDH-LASP1復(fù)合物的形成,保護(hù)LASP1免于泛素降解,最終促進(jìn)NPC的生長和轉(zhuǎn)移。強(qiáng)調(diào)了WTAP介導(dǎo)的m6A修飾對NPC中l(wèi)ncRNAs的演變作用,并將WTAP確定為NPC的潛在生物標(biāo)志物和靶標(biāo)。
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原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41418-021-00905-w
本研究使用到的KAT3A、WTAP、DIAPH1-AS1、IGF2BP2、MTDH和LASP1?siRNA
及其NC對照產(chǎn)品,以及lncRNA FISH探針均由銳博生物提供!
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