Plus推荐 | 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

m ⁶ A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。m ⁶ A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m ⁶ A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m ⁶ A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。

m ⁶ A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 m ⁶ A writer (书写器)，去甲基化酶 (如FTO, ALKBH5)充当erasers (擦除器)，还有一系列m ⁶ A结合蛋白 (YTHDF1/2/ 3, YTHDC1/2, IGF2BP1/2/3, METTL3和 eIF3) 作为 readers (阅读器)，决定m ⁶ A修饰的靶mRNA转录本的命运。

科学家 发现， FTO基因位点上的 单 核苷酸多 态 性(SNP)和肥胖、糖尿病关系密切，所以FTO在近十年 变 得很出名。 虽 然 这 个 结 果具有争 议 性，但是在小鼠模型中，FTO 对 脂肪量、脂肪生成和体重确实有着重要的 调 控作用，且人成 纤维细 胞和血 细 胞的SNP 风险 表型与FTO表达上升之 间 存在着 联 系。

R-2-hydroxyglutarate (R-2HG)，在异 柠 檬酸脱 氢酶 (IDH)1/2突 变 后会高表达, 在10–20%的AML患者、~80%的II-III 级 神 经 胶 质 瘤和二 级 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 细 胞系、15个原 发 性AML 样 品和8种人GBM 细 胞系 进 行分析，研究者 发现 R-2HG 在白血病和神 经 胶 质 瘤中有着广泛的抗 肿 瘤活性，能降低 细 胞迁移率/增殖能力，增加 细 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 动 物模型 ， 鉴 定得其中2种 为 R-2HG敏感型； 经过 不同方式的R-2HG 处 理，敏感型小鼠的存活率 显 著延 长 ；随后，研究者再 对 不同的白血病 细 胞株 进 行 RNA-seq 分析，发现FTO在敏感性 细 胞中的表达 显 著上 调 ，并且 对 敏感型 细 胞的RNA-seq， 发现 MYC 、 G2 和 E2F 的基因表达也会被R-2HG抑制。在机制方面，研究者通 过 DARTS 实验 、CETSAs 实验 和shRNA干 扰 证实 FTO是R-2HG的直接靶点，介 导 R-2HG 诱导 的抗 肿 瘤作用。

研究者 还 对 FTO相关的92个 转录 因子 进 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 动 子，而R-2HG可以使 CEBPA mRNA的m ⁶ A修 饰 增加，降低 转录稳 定性，减少其表达。 结 合此研究 结 果和其他 发 表的文章，研究者猜 测 IDH突 变 癌症中的内源R-2HG很可能通 过 抑制TET2和其他表 观 通路促 进 癌症的起始。

FTO作 为 m ⁶ A擦除器，对 肿 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/m ⁶ A/MYC/CEBPA 轴 ，在白血病和 脑肿 瘤中 显 示出抗癌作用。

ALKBH5是第二种被 发现 的m ⁶ A去甲基化 酶 。何川和合作的研究 团队发现 ，ALKBH5会影响mRNA的 产 出以及RNA代 谢 ，通 过 p53信号通路 调 控小鼠精子 发 生和凋亡。在2017年底，有文章 报 道ALKBH5作 为 GBM和乳腺癌病理中的 肿 瘤蛋白，影响着 这 些 肿 瘤干 细 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 质 瘤干 细 胞 样细 胞(GSCs)中异常上 调 ， 这 种高表达与GBM患者的不良 预 后相关。 细 胞和体内 实验 表明 ，沉默 ALKBH5 能降低GSC 细 胞的自我更新能力且抑制GSC增殖/抑制 肿 瘤生 长 。随后，研究者利用 meRIP 鉴 定m ⁶ A RNA甲基化修 饰 模式， 联 合基因芯片 检测 差异表达＞2倍的基因，最 终筛选 到与胶 质 瘤增殖相关的 转录 因子 FOXM1 ，是ALKBH5的靶基因；再通 过 qPCR、WB、免疫 荧 光、核 质 分离WB/qPCR、RIP和MeRIP 等 实验证 明ALKBH5使 FOXM1 转录 本去甲基化，增加FOXM1表达；此外，FOXM1反 义 lncRNA( FOXM1-AS ) 还 能促 进 FOXM1 与ALKBH5的相互作用。

(详细解读请点击此处)

同 时 也有 报 道称缺氧刺激HIF1α和HIF2α促 进 ALKBH5 在缺氧的乳腺癌 细 胞中表达，ALKBH5高表达可通 过 促 进 m ⁶ A去甲基化，提高mRNA 稳 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。

METTL14和METTL3是m ⁶ A甲基 转 移 酶 复合体的两个主要 组 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 带 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 过 程中下 调 ，敲除METTL14 则 会促 进 正常的HSPC和AML 细 胞 终 末髓系分化，并且能 够 抑制AML 细 胞的存活/增殖。在机制上，METTL14通 过 m6A修 饰调节 其靶基因（如： MYB ， MYC ） 发挥 致癌作用，并在蛋白 质 水平受SPI1的 负调 控。METTL14在AML疾病以及白血病干/起始 细 胞（leukemia stem/initiation cells，LSCs/LICs）的 发 展以及 维 持 过 程中必不可少。 总 之， 该 研究揭示了SPI1-METTL14-MYB/MYC信号 轴 在髓 细 胞和白血病中的作用，并 强调 了METTL14 调 控m6A修 饰 在正常和 恶 性造血中的关 键 作用。

前段 时间 ，有 报 道表明METTL3控制着哺乳 动 物正常造血 细 胞和白血病 细 胞的髓系分化 ⁶ 。METTL3的表达上升， 显 著促 进 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 项 研究也 证实 METTL3是 维 持骨髓性白血病状 态 的关 键 。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 结 合因子。与启 动 子 结 合的METTL3是相关 转录 本m ⁶ A修 饰 所需的，它可以 调 控它 们 的翻 译 。

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m ⁶ A依赖机制，调控关键靶基因表达(如 MYB 和 MYC )；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 MYB 和 BCL2 )；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。

Cui等人 报 道称METTL3的 过 表达 显 著促 进 GSC的分化 ⁸ ，同 时 抑制其自我更新和增殖，与m ⁶ A GSC分化 过 程中m6A水平上升的影响一致。一些GSC相关的基因是m ⁶ A修 饰 的特定靶基因，可通 过 控制m ⁶ A 书 写器和擦除器，影响表型。但同 时 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 过 程中下 调 ， 这 与分化 时 m ⁶ A的水平下降有关。 动 物 实验 和GBM患者 临 床数据分析表明，METTL3在GSC的 维 持和 辐 射抵抗方面起着关 键 的致癌作用。

Ma等人 报 道METTL14充当着 肿 瘤遏制物的作用 ¹⁰ 。他 们对 130个HCC患者 样 本 进 行分析， 发现 METTL14的表达下降与患者不良 预 后有关。而Chen等人 报 道HCC中的METTL3水平和METTL14水平均比正常 组织 高 ¹¹ ； 对 TCGA HCC的数据分析 发现 METTL3水平提高与患者不良 预 后有关。 经过 体内和体外 实验 ，他 们证 明METTL14和METTL3在HCC的生 长 和 转 移方面起着促 进 作用。

METTL3被 报 道在肺腺癌中上 调 ¹² ，促 进 肺癌 细 胞的生 长 、存活与侵 袭 。有趣的是， 这项 研究表明METTL3可能作 为 一个在 细 胞 质 m ⁶ A 阅读 器，通 过 与翻 译 起始机制相互作用，促 进 靶 标 mRNA 转录 本的翻 译 。不 过 ，METTL3的催化活性可能仍然是它促 进 含m ⁶ A的靶 标转录 本所需的，因 为 它的靶点在 细 胞 质 加 强 翻 译 之前，需要在 细 胞核中添加m ⁶ A修 饰 。

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 EGFR 和 TAZ )。

直到目前 为 止，被 报 道得最多的m ⁶ A 读 写器是YTH 结 构域蛋白，包括YTHDF1, YTHDF2, YTHDF3, YTDHDC1和YTHDC2。其中，YTHDF2、YTHDF3和YTHDC2促 进 m ⁶ A修 饰 mRNA的降解。有趣的是，近来研究 发现 白血病 细 胞中 ¹³ ，大部分mRNA 转录 本的m ⁶ A丰度因 为 FTO的 过 表达而 显 著下降，mRNA表达有下降 趋势 ， 这 有可能是由于m ⁶ A丰度下降，使RNA 稳 定性下降。所以研究者推 测 ，某些m ⁶ A 阅读 器可促 进 mRNA 稳 定性。

无独有偶，通 过 m ⁶ A-oligo-pull down/ 质谱 分析和m ⁶ A 结 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m ⁶ A 阅读 器家族，可 选择 性 识别 m ⁶ A修 饰 （ 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。

上述的m6A修 饰 及其相关的 调 控蛋白在多种 肿 瘤起着关 键 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 并 结 合到m ⁶ A修 饰 的 MYC mRNA CRD区域，从而 稳 定 MYC mRNA并促 进 翻 译 ；相反，YTHDF2有 选择 性地 识别 并 结 合到m ⁶ 修 饰 的5’端以及MYC mRNA中 间 外 显 子，从而促 进 mRNA降解。

在未来的研究中，研 发 更多FTO及其他m ⁶ A调控蛋白的 选择 性抑制 剂 ，可能有助于研 发针对 各种癌症的有效治 疗 方案。特 别 是将 这 些抑制 剂 和其他治 疗药 物联合使用，可能治 疗 目前对有效 药 物耐 药 的癌种。事 实 上，研究者已 经发现 R-2HG和 标 准治 疗药 物（比如 ATRA 、 AZA 、地西他 滨 和柔 红 霉素）有着 协 同作用。因此， 研究 不同癌种的不同 组 合用 药 效果是很重要的，可通 过 精准治 疗 ， 实现 最 优 的治 疗 效果，最小的副作用。

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