来源：丁香学术
CENPA 定位于着丝粒，在有丝分裂过程中对保持着丝粒的完整性和功能至关重要，而 CENPA 水平的改变则可以影响 CENPA 核小体的组装和着丝粒的功能。着丝粒完整性的破坏可导致错误分离染色体的快速积累，并产生非整倍体，这也是癌细胞的重要标志。此外，在癌症的发生和进展过程中，着丝粒 RNA（cenRNA）存在过度表达。但 cenRNA 表达的升高是否以及如何影响癌细胞中着丝粒的完整性仍然是未知的。
2024 年 9 月 20 日，北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心、北京大学核糖核酸北京研究中心刘君教授团队联合清华大学生命科学学院杨雪瑞教授团队在 Cell 杂志发表研究论文 m6A-modified cenRNA stabilizes CENPA to ensure centromere integrity in cancer cells（图 1），该研究发现 cenRNAs 存在 m6A 修饰，并且其水平在各种癌细胞中显著升高，而 CENPA 和 cenRNA 甲基化之间的相互作用则促进了着丝粒的完整性。因此，该研究揭示了 CENPA 的 m6A 读取机制，该机制在表观遗传学上控制着癌细胞着丝粒的完整性，这也为癌症治疗提供了潜在的新靶点。
根据北京大学官网介绍，刘君教授 2015 年 11 月前往芝加哥大学化学系进行博士后训练，师从 RNA 表观遗传学开创者何川教授，并在 2018 年以共同第一作者身份在 Cell Discovery 杂志和 Nature Cell Biology 杂志发表了关于 m6A 修饰的相关文章。刘君教授专注于 m6A 相关研究已有近 10 年的时间，并取得了系列研究成果，相关研究论文以第一或共同第一作者身份发表在 Nature（2019）、Molecular Cancer（2019、2020）、Science（2020）等权威杂志。
图 1. 相关研究（图源：[1]）
1. cenRNA 的 m6A 修饰在癌细胞中升高
首先，研究人员对染色质相关 RNA（caRNAs）的 m6A 甲基化 RNA 免疫沉淀测序（MeRIP-seq）数据集进行综合分析，并比较了五种癌细胞和两种正常细胞类型中不同 RNA 种类的甲基化水平。结果发现，与正常细胞系相比，癌细胞中 cenRNA 表现出更高的甲基化水平和 m6A 修饰的总体水平（图 2），这也表明 cenRNA 甲基化在癌细胞中可能发挥作用。进一步的研究发现，cenRNA 的甲基化稳定了 CENPA 的维持，而 CENPA 同样优先结合 m6A 甲基化的 cenRNA。此外，他们还揭示了 CENPA 与 m6A 甲基化的 cenRNA 结合偏好的分子基础，即 CENPA 残基 Leu61 和 Arg63 介导其与 m6A 甲基化的 cenRNA 的相互作用。
研究思路 1：作者通过分析 MeRIP-seq 数据，发现癌细胞中 cenRNA 的 m6A 修饰水平最高，并借助实验验证了这一发现。作者猜想高水平的 m6A 修饰应该拥有关键的功能，随后的细胞生物学实验也的确证实了这一猜想，也就是 cenRNA 的甲基化稳定了 CENPA，进而促进着丝粒的稳定性。
图 2. m6A 修饰的 cenRNA 促进着丝粒稳定性（图源：[1]）
2. 破坏 CENPA-m6A cenRNA 轴会损害癌细胞着丝粒的完整性
既然 m6A 修饰的 cenRNA 能够促进着丝粒稳定性，那么破坏这种相互作用是否可以达到抑制肿瘤生长的作用呢？为此，研究人员进行了一系列的实验进行了探讨。研究数据表明，在癌细胞中，破坏 CENPA-m6A cenRNA 之间的相互作用可导致染色体不稳定性增加和细胞周期缺陷，进而导致细胞有丝分裂异常和基因组不稳定。
这种不稳定性是否可以加速细胞死亡呢？研究人员发现 CENPA 下调在很大程度上抑制了细胞增殖和集落的生长，而过表达野生型 CENPA 而非突变型 CENPA 可以逆转这种对细胞生长的抑制。基于小鼠的动物实验数据也表明，减少 cenRNA 甲基化或诱导 cenRNA 突变后，肿瘤重量和体积显著减少。因此，cenRNA 突变和 cenRNA 低甲基化都能有效抑制肿瘤生长。此外，靶向 CENPA 和 m6A 修饰的 cenRNA 之间的相互作用也会影响肿瘤的生长（图 3）。更加重要的是，cenRNA 甲基化对正常细胞的活性影响很小，这也进一步支持了靶向 CENPA-m6A cenRNA 相互作用作为癌症治疗策略的可行性。
研究思路 2：作者随后通过敲降或者诱导突变 CENPA 和 cenRNA 探讨了两者相互作用的破坏是否影响细胞的生物学行为。结果发现破坏之后会导致有丝分裂异常以及基因组的不稳定，最终影响细胞的增殖。结合小鼠模型的实验数据，也进一步证实破坏这一相互作用能够达到抑制肿瘤生长的目的。
图 3. CENPA 与 m6A 修饰的 cenRNA 相互作用促进肿瘤生长（图源：[1]）
该研究发现在癌细胞系中，与其他 RNA 类别相比，cenRNA 具有最高的 m6A 修饰。进一步的研究发现 CENPA 是甲基化 cenRNA 的 m6A 读取器，并且癌细胞中 m6A 修饰的 cenRNA 对于维持线粒体上的 CENPA 是必不可少的。此外，通过 CENPA 中关键残基的突变或 cenRNA 甲基化的减少，可破坏 CENPA 与 cenRNA 的相互作用，进而导致癌细胞的基因组不稳定性增加，最终使得癌细胞增殖和肿瘤生长受损。因此，本研究为开发新型癌症疗法提供了新的视角。
通讯作者：（上下滑动查阅）
刘君，研究员，博士生导师，于 2020 年 9 月加入北京大学生命科学学院、清华-北大生命科学联合中心。刘君博士本科毕业于北京大学，2015 年获得北京大学化学与分子工程学院化学生物学博士学位，之后在美国芝加哥大学进行博士后研究工作，师从 RNA 表观遗传学开创者何川教授。刘君博士主要致力于研究 RNA 表观遗传修饰在改变染色质结构，调控基因转录活性方面的机理，进而阐释其在干细胞分化和癌症发展中起到的重要作用。近年来以通讯作者或第一作者在 Science、Nature、Cell 等杂志发表多篇高水平研究论文。
杨雪瑞，清华大学生命科学学院、教育部生物信息学重点实验室，副教授、博导；中国生物信息学学会-系统生物学分会副主任，北京市生物信息学研究会副会长。主持国家自然科学基金委重点项目、重大研究计划项目、国家重点研发计划等研究项目。研究方向为「生物信息学与 RNA 生物学」，关注转录后 RNA 加工、翻译及非编码功能等复杂过程，开发了一系列生物信息学算法与人工智能分析工具，并结合生命组学数据的深度挖掘与 RNA 生物学研究，提出 mRNA 剪接、编辑等过程的调控机制，解析 mRNA 翻译组图谱与翻译调控机器，系统分析非编码 RNA 生理、病理功能及作用机制。
参考资料：
[1] Kang et al., m6A-modified cenRNA stabilizes CENPA to ensure centromere integrity in cancer cells, Cell, 2024. Sep 20.
我们长期为科研用户提供前沿资讯、实验方法、选品推荐等服务，并且组建了 70 多个不同领域的专业交流群，覆盖神经科学、肿瘤免疫、基因编辑、外泌体、类器官等领域，定期分享实验干货、文献解读等活动。添加实验菌企微，回复【】中的序号，即可领取对应的资料包哦～
【2401】论文写作干货资料（100 页）
【2402】国内重点实验室分子生物学实验方法汇总（60 页）
【2403】2024 最新最全影响因子（20000+ 期刊目录）如需代发文章宣传、新闻稿、招聘等；或有生物学相关专业背景，有意愿应聘兼职作者的老师，请后台回复【学术】添加小编【原创文章】丁香学术原创文章，欢迎个人转发分享，未经授权禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为丁香学术所拥有。丁香学术保留所有法定权利，违者必究。
