RNA结合蛋白 (RBP) 是转录后调控过程中的一类重要调控因子，决定了成千上万RNA分子的功能和命运。研究已发现一些RBP的功能异常导致了包括癌症等多种疾病的发生，但是绝大部分RBP在癌中的功能仍不清楚。

近日，中山大学生命科学学院杨建华教授课题组在细胞出版社旗下期刊《细胞报告》(Cell Reports) 上发表了题为“Comprehensive Genomic Characterizationof RNA-binding Proteins across Human Cancers”的最新研究论文，运用生物信息学的方法整合分析来自15种癌症的近7000个临床样本的RNA测序数据、SNP6.0 芯片数据以及DNA测序数据，系统研究了1542个RBP在癌中的基因组变异图谱和功能。论文第一作者为王泽林博士和李斌博士，以下是此研究一作王博士为我们带来的文章详细解读。

差异表达RBP鉴定

在这项研究中，作者分别对15种不同的癌症的组织及相对应的癌旁组织的RBP进行了分析，鉴定出这15种癌症各自的差异表达RBP，其中绝大部分在癌中发生了显著的下调（图1A）。通过多种癌间的比较分析，作者揭示了47.1%失调的RBP只在单种癌类型中呈现（图1B），暗示了这些RBP可能具有作为癌特异诊断标志物的潜力。此外，作者还鉴定了36个在至少10种癌类型中都发生显著失调的RNA结合蛋白，说明它们在癌中的功能可能是保守的（图1C）。

图1 RNA结合蛋白在15癌类型中的表达模式分析。（A）每种癌中显著失调的RBP数目，红色代表上调，蓝色代表下调。（B）失调的RBP在15种癌类型中的分布情况。（C）在至少10种癌类型中失调的36个RBP。基于log2转化的倍数变化值，R中的pheatmap包被用来执行无监督聚类分析。红色代表上调，蓝色代表下调。

 

  

RBP拷贝数变化分析

为了研究RBP在癌中表达异常的分子机制，作者对RBP的DNA拷贝数变化情况进行了分析。作者发现超过60%的RBP在癌中发生了频繁的拷贝数变化，且表达与拷贝数值显著正相关（图2A）。这表明了DNA拷贝数变化可能是扰乱RBP表达的一个重要机制。作者开发了一个计算机方法鉴定了76个潜在的具有癌驱动（cancer driver）能力的RBP（图2B和C）。此外，作者也发现RBP与转录因子及表观遗传调控因子具有相同的拷贝数变化模式（图2D）。

图2 RBP在癌症中的拷贝数变化图谱。（A）发生频繁拷贝数变化的RBP在染色体上的分布情况，“Combine Type”代表在不同癌类型中发生频繁拷贝数扩增或删除的RBP。(B-C) 76个发生频繁拷贝数变化的癌驱动RBP在15种癌类型中的分布。橙色代表扩增和上调，绿色代表删除和下调。（D）RBP与转录因子以及表观遗传调控因子在15种癌类型中的拷贝数变化比例比较情况。

 

 

突变RBP分析

通过对RBP的突变进行分析，作者从15种癌类型中鉴定了139个显著突变的具有癌驱动能力的RBP，绝大部分被预测作为抑癌基因（图3A）。作者将这些突变的癌驱动RBP候选与拷贝数变化的癌驱动RBP候选进行比较分析，发现两者之间仅有小部分RBP存在重叠（图3B）， 表明拷贝数变化和突变这两种机制在肿瘤中是相互排斥的。作者进一步对不同癌中突变的癌驱动RBP候选进行比较分析，发现绝大部分癌驱动RBP候选都是癌特异的（图3C）。

图3 鉴定显著突变的RRBP。（A）显著突变的RBP在每种癌类型中的数目统计。OG代表原癌基因，TSG代表抑癌基因。（B）韦恩图显示了发生频繁拷贝数变化和突变的驱动RBP之间的交集。标记为红色的RBP代表无论受到拷贝数变化影响还是突变影响，都导致基因功能被抑制。（C）热图显示了显著突变的驱动RRBP在15种癌类型间的分布。

 

细胞实验鉴定RBP功能

为了评估所鉴定的癌相关的RBP是否在癌症中具有重要的功能，作者利用功能获得性和缺失性等实验验证了BYSL、ZC3H13、ELAC1、RBMS3、 NSUN6以及ZGPAT这6个随机挑选的癌相关的RBP在结肠癌和肝癌细胞系中的癌基因功能特性。结果表明，当在HCT116和SW480细胞系中过表达ELAC1，或者敲低BYSL或ZC3H13的表达时，结肠癌细胞的数目发生明显减少（图4 A-F）；当在Huh-7和SK-hep-1中过表达RBMS3、NSUN6或ZGPAT时，肝癌细胞数目都发生了明显的减少（图4 G-I）。

图4. 六个癌相关的RBP候选在结肠癌和肝癌细胞系中的功能验证。（A-C）CCK-8（A）和克隆形成试验（B）以及相对应的计数（C）显示了过表达ELAC1对HCT116和SW480细胞系增殖的影响。（D-F）CCK-8（D）和克隆形成试验（E）以及相对应的计数（F）显示了敲低BYSL或ZC3H13对HCT116和SW480细胞系增殖的影响。（G-I）CCK-8（G）和克隆形成试验（H）以及相对应的计数（I）显示了过表达NSUN6、RBMS3和ZGPAT对Huh-7和SK-hep-1细胞系增殖的影响。 CCK-8实验测量时间较短，而克隆形成实验在细胞培养至少10天后进行了测定。克隆形成实验的量化基于来自三次独立实验的means ± SEM。*p < 0.05 （T检验）.

 

总结

本研究的主要发现如图5所示。本研究不仅为解析RBP的生物学功能提供了新的切入点，也为将来的癌症研究提供了新的思路。

图5 本研究的主要发现。本研究通过整合分析15种癌类型的（~7000临床样本）的DNA和RNA组学数据，揭示了RBP在癌症中的基因组变异图谱，并鉴定了一批在癌中可能具有重要功能的RBP。

 

原文：Wang ZL, et al. Comprehensive Genomic Characterization of RNA-Binding Proteins across Human Cancers. Cell Rep. 2018 Jan 2;22(1):286-298. PMID: 29298429

作者简介

王泽林，第一作者，中山大学博士研究生，主要研究方向为生物信息学和癌症基因组学，对肿瘤相关研究具有浓厚兴趣。目前已作为第一作者或共同第一作者在Cell Reports，Oncotarget，Human Molecular Genetics 等杂志上发表多篇SCI论文。

杨建华教授，通讯作者，中山大学博士生导师，长期致力于开发新算法、平台和实验方法研究非编码RNA基因和RNA修饰及其互作蛋白的结构、功能和作用机制。以通讯作者或第一作者身份在Nature Cell Biology、Cell Research、Nucleic Acids Res.、Cell Reports等杂志发表20多篇研究论文，以合作者身份在Nature Methods、Cell Stem Cell等杂志发表10多篇研究论文。开发starBase、starScan、snoSeeker和ChIPBase等工具被Nature等杂志引用超过1200次，受邀在Springer出版社出版了3篇关于非编码RNA研究方法的论著章节。目前担任Non-coding RNA杂志的编委。

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