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辛辛那提大学陈建军教授最新综述:肿瘤m6A研究成果与展望!推荐深读!
发布时间:2018-05-10 13:57:38 | 浏览次数:

m6A作为真核细胞丰度最高的mRNA修饰,已发现在许多正常生物过程中发挥重要的作用,如组织发育、干细胞自我更新和分化、热休克或DNA损伤应答等。m6A修饰机制在正常生物过程中如此重要,与癌症的发生、发展和药物应答的关系也十分密切。来自辛辛那提大学的陈建军教授上个月在Cell Research上发表了一篇综述,总结了m6A修饰失调与多种肿瘤发病、药物应答相关的病理机制,在此基础上,讨论针对m6A修饰失调的肿瘤治疗药物研发的可行性。文中所引用的都是最新最前沿的研究成果,具有很好的实验设计参考价值。

m6A甲基转移酶复合物由METTL13、METTL14和WTAP组成,可能还包括VIRMA和RBM15,充当m6A writer (书写器),去甲基化酶 (如FTO, ALKBH5)充当erasers (擦除器),还有一系列m6A结合蛋白 (YTHDF1/2/3, YTHDC1/2, IGF2BP1/2/3, METTL3和eIF3) 作为 readers (阅读器),决定m6A修饰的靶mRNA转录本的命运。


FTO与白血病和脑癌


科学家发现,FTO基因位点上的核苷酸多性(SNP)和肥胖、糖尿病关系密切,所以FTO在近十年得很出名。果具有争性,但是在小鼠模型中,FTO脂肪量、脂肪生成和体重确实有着重要的控作用,且人成纤维细胞和血胞的SNP风险表型与FTO表达上升之存在着系。


案例1: Li Z, et al. Cancer Cell. 2017

为了研究FTO对肿瘤的病理作用,研究者分析了几急性髓胞白血病(AML)患者大本的全基因基因表达数据发现FTO在AML的某些特定型中高表达,包括t(11q23)/MLL-重、t(15;17)/PML-RARAFLT3-ITD或NPM1

体内和体外的功能得性、缺失性实验中,他们发现FTO表达的增加,使人AML胞存活率、增殖能力提高,促正常造血干/祖胞(HSPC)的癌化,并抑制ATRA诱导的AML胞分化。重要的是,研究者发现FTO,是作一个m6A去甲基化(demethylase)发挥这个作用的,它能在转录控它的关靶RNA表达。

研究者还行了转录组m6A-seq、光素酶报告基因和突变实验、mRNA定性实验和基因特异m6A-qPCR实验果表明FTO通降低m6A修丰度、从而降低靶mRNA转录本的定性,负调ASB2RARA表达。


R-2-hydroxyglutarate (R-2HG),在异檬酸脱氢酶(IDH)1/2突后会高表达, 在10–20%的AML患者、~80%的II-III瘤和二GBM(多形性胶质母细胞瘤)中均能发现。最近,通过对27种人白血病胞系、15个原性AML品和8种人GBM胞系行分析,研究者发现R-2HG 在白血病和神瘤中有着广泛的抗瘤活性,能降低胞迁移率/增殖能力,增加胞周期阻滞(cell-cycle arrest)和凋亡:

案例2: Su R, et al. Cell. 2018

研究者建立了三种物模型定得其中2种R-2HG敏感型;经过不同方式的R-2HG理,敏感型小鼠的存活率著延;随后,研究者再不同的白血病胞株RNA-seq分析,发现FTO在敏感性胞中的表达著上,并且敏感型胞的RNA-seq,发现MYCG2E2F的基因表达也会被R-2HG抑制。在机制方面,研究者通DARTS实验、CETSAs实验和shRNA干证实FTO是R-2HG的直接靶点,介R-2HG诱导的抗瘤作用。

研究者FTO相关的92个转录因子行分析筛选出异常高表达的CEBPA基因,高表达的CEBPA能激活FTO 启子,而R-2HG可以使CEBPA mRNA的m6A修增加,降低转录稳定性,减少其表达。合此研究果和其他表的文章,研究者猜IDH突癌症中的内源R-2HG很可能通抑制TET2和其他表通路促癌症的起始。

FTO作m6A擦除器,对瘤起着关键的促进作用,而R-2HG可以抑制它这个功能。a, FTO与AML;b. R-2HG靶向FTO/m6A/MYC/CEBPA,在白血病和脑肿瘤中示出抗癌作用。


ALKBH5与脑癌和乳腺癌


ALKBH5是第二种被发现的m6A去甲基化。何川和合作的研究团队发现,ALKBH5会影响mRNA的出以及RNA代,通p53信号通路控小鼠精子生和凋亡。在2017年底,有文章道ALKBH5作GBM和乳腺癌病理中的瘤蛋白,影响着瘤干胞的自我更新和增殖:


案例3: Zhang S, et al. Cancer Cell. 2017

该研究发现,ALKBH5的表达在胶瘤干样细胞(GSCs)中异常上种高表达与GBM患者的不良后相关。胞和体内实验表明,沉默ALKBH5能降低GSC胞的自我更新能力且抑制GSC增殖/抑制瘤生。随后,研究者利用meRIP定m6A RNA甲基化修模式,合基因芯片检测差异表达>2倍的基因,最终筛选到与胶瘤增殖相关的转录因子FOXM1,是ALKBH5的靶基因;再通qPCR、WB、免疫光、核分离WB/qPCR、RIP和MeRIP实验证明ALKBH5使FOXM1转录本去甲基化,增加FOXM1表达;此外,FOXM1反lncRNA(FOXM1-AS)能促FOXM1与ALKBH5的相互作用。

(详细解读请点击此处)



也有道称缺氧刺激HIF1α和HIF2α促ALKBH5在缺氧的乳腺癌胞中表达,ALKBH5高表达可通m6A去甲基化,提高mRNA定性和NANOG的表达4

ALKBH5在脑癌和乳腺癌中起着致癌作用。a. ALKBH5增强GSC细胞的自我更新和增殖,在FOXM1-AS的帮助下,通过调控FOXM1表达,促进肿瘤发生;b. HIF诱导的ALKBH5表达,参与上调多能因子表达和BCSC在缺氧环境的富集。


METTL3/14与正常和恶性造血作用


METTL14和METTL3是m6A甲基复合体的两个主要件。

案例5: Weng H, et al. Cell Stem Cell. 2017

研究者发现METTL14在HSPC细胞以及携有t(11q23)、t(15;17)或者t(8;21)的AML细胞中高表达,而在髓系分化的程中下,敲除METTL14会促正常的HSPC和AML末髓系分化,并且能抑制AML胞的存活/增殖。在机制上,METTL14通m6A修饰调节其靶基因(如:MYBMYC发挥致癌作用,并在蛋白水平受SPI1的负调控。METTL14在AML疾病以及白血病干/起始胞(leukemia stem/initiation cells,LSCs/LICs)的展以及程中必不可少。之,研究揭示了SPI1-METTL14-MYB/MYC信号在髓胞和白血病中的作用,并强调了METTL14控m6A修在正常和性造血中的关作用。



前段时间,有道表明METTL3控制着哺乳物正常造血胞和白血病胞的髓系分化6。METTL3的表达上升,著促人脐带血来源的CD34+ HSPC增殖,并抑制其分化。与正常的HSPC或其他癌症相比,METLL3在AML中表达更高。


最近另一研究也证实METTL3是持骨髓性白血病状的关。Barbieri等人发现7,METTL3和METTL14均可以与染色质结合,主要定位于不同的编码基因的转录起始位点(TSSs),特征是有H3K4me3双峰。METTL3的募集,靠的是CEBPZ,即一种CCAAT-box合因子。与启合的METTL3是相关转录本m6A修所需的,它可以控它的翻

METTL14和METTL3促进白血病发生。a, METTL14在AML发展过程中是必需的,它通过m6A依赖机制,调控关键靶基因表达(如MYBMYC);b, METTL3促进AML细胞增殖,并抑制髓系分化,这可能是通过促进潜在mRNA靶标的翻译实现的(如MYBBCL2);c, METTL3被CEBPZ募集到靶基因的TSS,它的潜在直接靶基因是SP1和SP2,它们可调控MYC的表达。



METTL3/14与GBM和肝癌


Cui等人道称METTL3的表达著促GSC的分化8,同抑制其自我更新和增殖,与m6A GSC分化程中m6A水平上升的影响一致。一些GSC相关的基因是m6A修的特定靶基因,可通控制m6A写器和擦除器,影响表型。但同也有另外一个研究团队报道了GBM的METTL3有着相反的功能9:METTL3在GSC中高表达,但是在分化的程中下与分化m6A的水平下降有关。实验和GBM患者床数据分析表明,METTL3在GSC的持和射抵抗方面起着关的致癌作用。

Ma等人道METTL14充当着瘤遏制物的作用10。他们对130个HCC患者行分析,发现METTL14的表达下降与患者不良后有关。而Chen等人道HCC中的METTL3水平和METTL14水平均比正常组织11TCGA HCC的数据分析发现METTL3水平提高与患者不良后有关。经过体内和体外实验,他们证明METTL14和METTL3在HCC的生移方面起着促作用。


METTL3与肺癌


METTL3被道在肺腺癌中上12,促肺癌胞的生、存活与侵。有趣的是,这项研究表明METTL3可能作一个在m6A阅读器,通与翻起始机制相互作用,促mRNA转录本的翻。不,METTL3的催化活性可能仍然是它促含m6A的靶标转录本所需的,因它的靶点在之前,需要在胞核中添加m6A修。 

METTL3对肺癌的促进作用。METTL3通过促进靶mRNA转录本的翻译,增强肺癌细胞的生长、生存和侵袭 (如EGFRTAZ)。


IGF2BP促进癌症发生


直到目前止,被道得最多的m6A写器是YTH构域蛋白,包括YTHDF1, YTHDF2, YTHDF3, YTDHDC1和YTHDC2。其中,YTHDF2、YTHDF3和YTHDC2促m6A修mRNA的降解。有趣的是,近来研究发现白血病胞中13,大部分mRNA转录本的m6A丰度因FTO的表达而著下降,mRNA表达有下降趋势有可能是由于m6A丰度下降,使RNA定性下降。所以研究者推,某些m6A阅读器可促mRNA定性。

无独有偶,通m6A-oligo-pull down/质谱分析和m6A合蛋白预测分析,杨建华教授和陈建军教授合作研究团队最近证实IGF2BP1/2/3是一种新的m6A阅读器家族,可选择识别m6A修详细解读请点击此处)。

IGF2BP1/2/3蛋白促进癌症。IGF2BP1/2/3蛋白通过转录后调控关键靶mRNA的稳定性和翻译(比如MYC),促进癌症细胞增殖、迁移和侵袭。

 


总结


上述的m6A修及其相关的控蛋白在多种瘤起着关的作用新研究进展,整理如下表:

在这些研究中,IGF2BP蛋白相关研究着实是一个重大的发现:IGF2BP蛋白有选择性地识别合到m6A修MYC mRNA CRD区域,从而MYC mRNA并促;相反,YTHDF2有选择性地识别合到m6的5’端以及MYC mRNA中子,从而促mRNA降解。

在未来的研究中,研更多FTO及其他m6A调控蛋白的选择性抑制,可能有助于研发针对各种癌症的有效治方案。特是将些抑制和其他治疗药物联合使用,可能治目前对有效物耐的癌种。事上,研究者已经发现R-2HG和准治疗药物(比如ATRAAZA、地西他和柔霉素)有着同作用。因此,研究不同癌种的不同合用效果是很重要的,可通精准治实现的治效果,最小的副作用。


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原文: Deng X, et al. RNA N6-methyladenosine modification in cancers: current status and perspectives. Cell Research (2018) 0:1–11.


参考文献: 

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1. Li, Z. et al. FTO plays an oncogenic role in acutemyeloid leukemia as a N6-methyladenosine RNA demethylase. Cancer Cell 31,127–141 (2017).

2. Su, R. et al. R-2HG exhibits anti-tumor activity bytargeting FTO/m(6)A/MYC/ CEBPA signaling. Cell 172, 90–105 (2018). e123.

3. Zhang,S. et al. m6A demethylase ALKBH5 maintains tumorigenicity of glio- blastomastem-like cells by sustaining FOXM1 expression and cell proliferation program.Cancer Cell 31, 591–606 (2017). e596. 

4. Weng, H. et al. METTL14 inhibits hematopoieticstem/progenitor differentiation and promotes leukemogenesis via mRNA m(6)Amodification. Cell Stem Cell 22, 191–205 (2018). e199.

5. Weng, H. et al. METTL14 inhibits hematopoietic stem/progenitor differentiation and promotes leukemogenesis via mRNA m(6)A modification. Cell Stem Cell 22, 191–205 (2018). e199.

6. Vu, L. P. et al. The N6-methyladenosine (m6A)-forming enzyme METTL3 controls myeloid differentiation of normal hematopoietic and leukemia cells. Nat. Med.23, 1369–1376 (2017).

7.Barbieri, I. et al. Promoter-bound METTL3 maintainsmyeloid leukaemia by m(6) A-dependent translation control. Nature 552, 126–131(2017).

8. Cui, Q. et al. m6A RNA methylation regulates theself-renewal and tumorigenesis of glioblastoma stem cells. Cell Rep. 18,2622–2634 (2017).

9. Visvanathan, A. et al. Essential role of METTL3-mediated m(6)A modification in glioma stem-like cells maintenance and radioresistance. Oncogene 37, 522–533 (2018).

10.  Ma, J. Z. et al. METTL14 suppresses the metastatic potential of hepatocellular carcinoma by modulating N(6) -methyladenosine-dependent primary microRNA processing. Hepatology 65, 529–543 (2017).

11. Chen, M. et al. RNA N6-methyladenosine methyltransferase METTL3 promotes liver cancer progression through YTHDF2 dependent post-transcriptional silencing of SOCS2. Hepatology (2017). 

12. Lin, S. et al. The m(6)A methyltransferase METTL3 promotes translation in human cancer cells.Mol. Cell. 62, 335–345 (2016).

13. Li, Z. et al. FTO plays an oncogenic role in acute myeloid leukemia as a N6-methyladenosine RNA demethylase. Cancer Cell 31, 127–141 (2017).



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