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我所覃文新研究員與胸科醫院姜麗巖合作揭示環形RNA調控非小細胞肺癌進展的新機制

日期:2021-01-14

       肺癌是世界范圍內最常見的惡性腫瘤之一,全球每年肺癌新發病例約180萬人,死亡人數達160萬1。在我國,每年肺癌新發病例約82萬人,死亡人數高達71萬2。肺癌主要包括小細胞肺癌(Small cell lung cancer, SCLC)和非小細胞肺癌(Non-small cell lung cancer, NSCLC),其中非小細胞肺癌約占所有確診肺癌病例的85%3。盡管靶向治療和免疫治療取得了一定的療效,但非小細胞肺癌患者的5年生存率仍不足20%4。因此,深入研究非小細胞肺癌的發生發展機制,發現治療非小細胞肺癌的潛在分子靶點具有重要的臨床意義。

       2012年完成的DNA元件百科全書(Encyclopedia of DNA Elements, ENCODE)發表的成果表明,人類基因組中約80%的序列會被轉錄成RNA,而其中編碼蛋白質的mRNA僅有約2%,其余的序列則被轉錄為各種各樣的調控性RNA分子5。其中,環形RNA(circular RNAs, circRNAs)是一類不具有 5’ 帽子和3’ poly(A)尾巴,并以共價鍵形成環形結構的單鏈RNA分子。1991年文獻報道,人和小鼠體內存在circRNAs 6,但由于其表達豐度較低,且發現的數目較少,一度被認為是生物體內mRNA前體(pre-mRNA)錯誤剪接或剪接過程中產生的副產物,所以一直未引起人們的關注。近年來,隨著高通量測序技術對無poly(A) RNA轉錄組及經核糖核酸酶R(RNase R)消化去除線性RNA的樣品進行測序,人們發現circRNAs廣泛存在于細胞中7。circRNAs閉合環形的特殊結構賦予其較高的穩定性,使之成為一種半衰期較長的RNA分子。因此,盡管circRNAs在轉錄水平產生效率較低,但通過累積可以達到較高的豐度8。近年來,越來越多的研究表明,circRNAs廣泛參與了腫瘤的發生發展,然而circRNAs在非小細胞肺癌進展中的作用及機制仍知之甚少。

李伯泰NC文章插圖tif_副本.jpg

       上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院上海市腫瘤研究所覃文新研究員和上海交通大學附屬上海市胸科醫院姜麗巖教授合作在探究circRNAs調控非小細胞肺癌進展領域做出了系列創新研究。繼2019年合作發現circTP63作為ceRNA競爭性結合miR-873-3p上調FOXM1促進肺鱗癌增殖(Nat. Commun. 2019)9,2020年發現circFOXM1通過競爭性結合miR-614上調FAM38D促進非小細胞肺癌進展后(J. Exp. Clin. Cancer Res. 2020)10,2021年1月12日在Nature Communications雜志上發表了題為circNDUFB2 inhibits non-small cell lung cancer progression via destabilizing IGF2BPs and activating anti-tumor immunity的研究論文。該研究通過高通量篩選非小細胞肺癌的癌與癌旁組織circRNAs表達譜,首次探究了circNDUFB2在非小細胞肺癌發展中的功能及作用機制。

       在這項研究中,作者首先采用環形RNA表達譜芯片分析3例非小細胞肺癌患者的癌與癌旁組織中差異表達的環形RNA分子,并進一步在52例配對的非小細胞肺癌的癌與癌旁組織中對芯片篩選結果中差異表達最顯著的前5個circRNAs分子進行驗證,最終篩選得到差異最顯著的circNDUFB2作為候選分子進行后續功能研究和機制探索。

       circNDUFB2在非小細胞肺癌組織中低表達,且其表達量與患者的腫瘤大小、淋巴結轉移以及分期呈負相關。細胞功能實驗顯示,circNDUFB2顯著抑制非小細胞肺癌的細胞增殖和轉移。小鼠皮下成瘤實驗和肺轉移實驗同樣證實,circNDUFB2抑制腫瘤生長和轉移。以上實驗表明,circNDUFB2可能作為腫瘤抑制因子抑制非小細胞肺癌進展。

       circRNAs作為競爭性內源RNA(ceRNA)與miRNA競爭性結合,調控靶基因mRNA的穩定性已被廣泛研究9,11,12。作者分析發現,circNDUFB2不與Ago2蛋白結合,表明circNDUFB2并非通過ceRNA機制參與調控非小細胞肺癌的進展。隨后,作者通過RNA pulldown實驗并結合質譜分析發現,circNDUFB2與癌胚蛋白IGF2BPs結合并降低其蛋白穩定性。進一步研究發現,circNDUFB2作為支架,加強E3泛素連接酶TRIM25與IGF2BPs的結合并促進IGF2BPs的泛素化降解,并且circNDUFB2的m6A修飾有助于加強TRIM25與IGF2BPs的結合及對IGF2BPs的降解。此外,作者發現盡管circNDUFN2 mutant不能降低IGF2BPs穩定性,但其依然對非小細胞肺癌增殖及轉移有一定的抑制作用。這提示除促進IGF2BPs降解外,circNDUFB2可能還通過其他機制抑制非小細胞肺癌進展。

       為了進一步探究circNDUFB2參與的信號通路,作者分析了circNDUFB2過表達與對照組A549細胞中差異表達的基因及其涉及的信號通路,發現circNDUFB2激活了免疫防御反應。circNDUFB2通過與核酸識別蛋白RIG-I結合并激活RIG-I-MAVS信號通路,釋放IFNβ及多種趨化因子,誘導免疫細胞在腫瘤微環境的浸潤,從而抑制非小細胞肺癌進展。

       該研究不僅系統的篩選了非小細胞肺癌組織中circRNAs的表達譜,而且還深層次的闡釋了circNDUFB2促進IGF2BPs泛素化降解及激活抗腫瘤免疫的分子機制,為circRNAs調控非小細胞肺癌進展的作用及機制提供了新認識。

       上海市腫瘤研究所癌基因與相關基因國家重點實驗室博士研究生李伯泰、朱莉莉和復旦大學附屬中山醫院盧春來副主任醫師為本文共同第一作者;覃文新研究員和姜麗巖教授為本文共同通訊作者。

參考文獻:

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6.Nigro, J. M. et al. Scrambled exons. Cell 64, 607–613 (1991).

7.Kristensen, L. S. et al. The biogenesis, biology and characterization of circular RNAs. Nat. Rev. Genet. 20, 675–691 (2019).

8.Li, X., Yang, L. & Chen, L. The Biogenesis, Functions, and Challenges of Circular RNAs. Mol. Cell 71, 428–442 (2018).

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原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-20527-z


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