細胞周期和增殖的異常激活對于腫瘤發(fā)生是必不可少的。在正常組織中，細胞周期是由包含細胞周期蛋白、細胞周期蛋白依賴性激酶（CDKs）和檢查點蛋白的復(fù)合物精心組織并精確調(diào)控的。有絲分裂上游信號通路的失調(diào)和細胞周期基因的直接突變導(dǎo)致細胞周期不按計劃的過度激活，最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。盡管已經(jīng)開發(fā)出細胞周期抑制劑，但相關(guān)的毒理作用和耐藥性仍然是臨床應(yīng)用的巨大挑戰(zhàn)。

RNA干擾（RNAi）是指一種小RNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。小RNAs主要包括microRNAs（miRNAs）和小干擾RNAs（siRNAs）。在哺乳動物中，具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的初級miRNAs（pri-miRNAs）被DROSHA/DGCR8復(fù)合物，隨后被 DICER（核糖核酸酶 III）蛋白切割兩次，并產(chǎn)生具有2nt 3’末端懸垂的成熟miRNA雙鏈體，然后被Argonaute（AGO）識別并加載到AGO蛋白中，以形成功能性RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RISC）。 由末端核苷酸轉(zhuǎn)移酶（如TUTases）介導(dǎo)的miRNA末端修飾已被廣泛鑒定，并在RISC識別、miRNA穩(wěn)定、降解和靶標抑制中發(fā)揮重要作用。

miRNAs對于各種生理活動是必不可少的，并且已知許多miRNAs可靶向和抑制細胞周期基因，以直接控制細胞增殖。miRNA失調(diào)或缺失，例如整體miRNA劑量降低，已被廣泛報道可導(dǎo)致人類癌癥。然而，原發(fā)性腫瘤和癌細胞中miRNA亞型的普遍特征尚未得到系統(tǒng)地表征，這對于在機制上理解不同癌癥中的miRNA缺失至關(guān)重要。

與miRNAs不同的是，siRNAs來源于由不同的RNA依賴性RNA聚合酶（RDRs）合成的雙鏈RNA（dsRNA）底物。RDRs在幾乎所有真核生物中都已被發(fā)現(xiàn)，但在進化過程中，在具有基于細胞的二次免疫系統(tǒng)的脊椎動物中卻消失了。在植物中，依賴于RDR1的siRNAs尤其參與抗病毒免疫反應(yīng)。近年來，跨物種生物工程已成功應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)，例如來自細菌的CRISPR-Cas。因此，研究人員建議在哺乳動物中開展基于植物RDR1的生物工程，并進一步研究其潛在的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

近日，Cell（IF41.582）期刊發(fā)表了一篇題為A plant immune protein enables broad antitumor response by rescuing microRNA deficiency的研究論文。報道了一種植物免疫蛋白RDR1可廣泛抑制癌細胞增殖，并揭示了其通過添加單核苷酸修復(fù)癌癥中有缺陷的miRNA亞型，從而實現(xiàn)廣譜抗腫瘤反應(yīng)的作用機制。暗示可利用植物RDR1開發(fā)一種策略來編輯和操縱miRNAs，將其作為對抗癌癥等人類疾病的有力武器。

本研究中，研究人員成功地在哺乳動物細胞中表達了來自擬南芥（At）和水稻（Os）的RDR1蛋白，該蛋白顯著抑制了所有測試的10種不同癌細胞系的細胞增殖，但未影響5種非癌細胞系。有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)植物RDR1可以全面增加不同癌細胞中miRNA的表達，并且miRNA途徑是RDR1靶向細胞周期基因和抑制癌細胞增殖所必需的。

Fig1. 植物RDR1可以提高miRNA的表達，并且miRNA途徑是RDR1發(fā)揮抗腫瘤作用所必需的

出乎意料的是，研究人員發(fā)現(xiàn)具有1-nt-shorter 3’末端的異常miRNA亞型與AGO2關(guān)聯(lián)性較差，廣泛積累在許多不同的原發(fā)性腫瘤和癌細胞系中，但在健康組織中沒有。具有核苷酸轉(zhuǎn)移酶活性的植物RDR1能夠識別并用單核苷酸修飾這種不含AGO2的miRNA雙工異構(gòu)體，以恢復(fù)miRNA雙鏈的常規(guī)2nt懸垂結(jié)構(gòu)，提高其加載到AGO2中的效率，最終增加癌細胞中的整體miRNA表達，并重新激活缺陷的miRNA途徑。相比之下，失去核苷酸轉(zhuǎn)移酶活性消除了RDR1對miRNA表達、細胞周期抑制和腫瘤生長抑制的影響。

Fig2. RDR1可以識別并給AGO2解離的具有1nt懸垂的miRNA雙鏈體加尾，以恢復(fù)其加載到AGO2中的效率，從而挽救miRNA缺陷

在不同的異種移植腫瘤模型中，研究人員證明了RDR1在體內(nèi)顯著抑制實體瘤和血癌的生長。最后，通過納米顆粒和腺相關(guān)病毒（AAV），研究人員分別在癌細胞系和異種移植模型中實現(xiàn)了RDR1的遞送，證實了RDR1可抑制體外癌細胞增殖和體內(nèi)小鼠實體瘤生長。

Fig3. 納米顆粒和AAV遞送的RDR1可分別抑制體外癌細胞增殖和體內(nèi)小鼠實體瘤生長

總之，本研究揭示了1-nt-shorter miRNA亞型在各種人類原發(fā)性腫瘤中廣泛的異常積累，這為理解腫瘤發(fā)生過程中全局miRNA劑量減少提供了深入的見解。利用植物免疫蛋白RDR1，本研究通過挽救癌細胞中miRNA的缺乏建立了廣譜抗腫瘤反應(yīng)，并開發(fā)了一種策略來編輯和操縱miRNAs，將其作為對抗癌癥等人類疾病的有力武器。

Fig4. 植物免疫蛋白RDR1通過挽救microRNA缺陷實現(xiàn)廣泛抗腫瘤反應(yīng)的模型示意圖

原文鏈接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00528-1?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867422005281%3Fshowall%3Dtrue

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