Nature子刊:覃文新/姜丽岩揭示circRNA调控非小细胞肺癌进展的新机制

2021
01/15

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生物世界
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肺癌是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一,全球每年肺癌新发病例约180万人,死亡人数达160万。在我国,每年肺癌新发病例约82万人,死亡人数高达71万。肺癌主要包括小细胞肺癌(Small cell lung cancer, SCLC)非小细胞肺癌(Non-small cell lung cancer, NSCLC),其中非小细胞肺癌约占所有确诊肺癌病例的85%。尽管靶向治疗和免疫治疗取得了一定的疗效,但非小细胞肺癌患者的5年生存率仍不足20%。因此,深入研究非小细胞肺癌的发生发展机制,发现治疗非小细胞肺癌的潜在分子靶点具有重要的临床意义。

 
2012年完成的DNA元件百科全书 (Encyclopedia of DNA Elements, ENCODE) 发表的成果表明,人类基因组中约80%的序列会被转录成RNA,而其中编码蛋白质的mRNA仅有约2%,其余的序列则被转录为各种各样的调控性RNA分子。其中,环形RNA (circular RNAs, circRNAs) 是一类不具有 5'帽子和3'poly(A)尾巴,并以共价键形成环形结构的单链RNA分子。

1991年文献报道,人和小鼠体内存在circRNAs,但由于其表达丰度较低,且发现的数目较少,一度被认为是生物体内mRNA前体 (pre-mRNA) 错误剪接或剪接过程中产生的副产物,所以一直未引起人们的关注。近年来,随着高通量测序技术对无poly(A) RNA转录组及经核糖核酸酶R (RNase R) 消化去除线性RNA的样品进行测序,人们发现circRNAs广泛存在于细胞中。

circRNAs闭合环形的特殊结构赋予其较高的稳定性,使之成为一种半衰期较长的RNA分子。因此,尽管circRNAs在转录水平产生效率较低,但通过累积可以达到较高的丰度。近年来,越来越多的研究表明,circRNAs广泛参与了肿瘤的发生发展,然而circRNAs在非小细胞肺癌进展中的作用及机制仍知之甚少。
 
2021年1月12日,上海交通大学医学院附属仁济医院上海市肿瘤研究所覃文新研究员和上海交通大学附属上海市胸科医院姜丽岩教授合作,在 Nature Communications 杂志发表了题为 circNDUFB2 inhibits non-small cell lung cancer progression via destabilizing IGF2BPs and activating anti-tumor immunity  的研究论文。

该研究通过高通量筛选非小细胞肺癌的癌与癌旁组织circRNAs表达谱,首次探究了circNDUFB2在非小细胞肺癌发展中的功能及作用机制。


这也是覃文新/姜丽岩团队继2019年合作发现circTP63作为ceRNA竞争性结合miR-873-3p上调FOXM1促进肺鳞癌增殖 Nat. Commun. 2019) ,2020年发现circFOXM1通过竞争性结合miR-614上调FAM38D促进非小细胞肺癌进展后 J. Exp. Clin. Cancer Res. 2020) 后的又一发现。

在这项研究中,作者首先采用环形RNA表达谱芯片分析3例非小细胞肺癌患者的癌与癌旁组织中差异表达的环形RNA分子,并进一步在52例配对的非小细胞肺癌的癌与癌旁组织中对芯片筛选结果中差异表达最显著的前5个circRNAs分子进行验证,最终筛选得到差异最显著的circNDUFB2作为候选分子进行后续功能研究和机制探索。

circNDUFB2在非小细胞肺癌组织中低表达,且其表达量与患者的肿瘤大小、淋巴结转移以及分期呈负相关。细胞功能实验显示,circNDUFB2显著抑制非小细胞肺癌的细胞增殖和转移。小鼠皮下成瘤实验和肺转移实验同样证实,circNDUFB2抑制肿瘤生长和转移。以上实验表明,circNDUFB2可能作为肿瘤抑制因子抑制非小细胞肺癌进展。

circRNAs作为竞争性内源RNA (ceRNA) 与miRNA竞争性结合,调控靶基因mRNA的稳定性已被广泛研究 。作者分析发现,circNDUFB2不与Ago2蛋白结合,表明circNDUFB2并非通过ceRNA机制参与调控非小细胞肺癌的进展。随后,作者通过RNA pulldown实验并结合质谱分析发现,circNDUFB2与癌胚蛋白IGF2BPs结合并降低其蛋白稳定性。

进一步研究发现,circNDUFB2作为支架,加强E3泛素连接酶TRIM25与IGF2BPs的结合并促进IGF2BPs的泛素化降解,并且circNDUFB2的m6A修饰有助于加强TRIM25与IGF2BPs的结合及对IGF2BPs的降解。此外,作者发现尽管circNDUFN2 mutant不能降低IGF2BPs稳定性,但其依然对非小细胞肺癌增殖及转移有一定的抑制作用。这提示除促进IGF2BPs降解外,circNDUFB2可能还通过其他机制抑制非小细胞肺癌进展。
 
为了进一步探究circNDUFB2参与的信号通路,作者分析了circNDUFB2过表达与对照组A549细胞中差异表达的基因及其涉及的信号通路,发现circNDUFB2激活了免疫防御反应。circNDUFB2通过与核酸识别蛋白RIG-I结合并激活RIG-I-MAVS信号通路,释放IFNβ及多种趋化因子,诱导免疫细胞在肿瘤微环境的浸润,从而抑制非小细胞肺癌进展。

circNDUFB2抑制非小细胞肺癌进展的机制模式图
 
该研究不仅系统的筛选了非小细胞肺癌组织中circRNAs的表达谱,而且还深层次的阐释了circNDUFB2促进IGF2BPs泛素化降解及激活抗肿瘤免疫的分子机制,为circRNAs调控非小细胞肺癌进展的作用及机制提供了新认识。
 
癌基因与相关基因国家重点实验室博士研究生李伯泰朱莉莉和复旦大学附属中山医院卢春来副主任医师为本文共同第一作者;覃文新研究员和姜丽岩教授为本文共同通讯作者。
 
原文链接:
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20527-z


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关键词:
子刊,Nature,姜丽岩,肺癌,RNA,机制,环形,分子

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