肺腺癌的N6-甲基腺苷表观转录组学景观

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肺腺癌 表观转录组 m6A 转录修饰 肿瘤转移 EML4 侵袭

肺腺癌的N6-甲基腺苷表观转录组学分型

肺腺癌中的N6-甲基腺苷修饰表观转录组图景

背景介绍

肺癌是全球最常见的癌症之一，同时也是导致癌症相关死亡的主要原因。非小细胞肺癌（non–small cell lung cancer，NSCLC）约占所有肺癌病例的80%-85%，其中肺腺癌（lung adenocarcinoma，LUAD）特别值得关注，因为它的生存率较低。因此，迫切需要更好地理解LUAD的分子机制和治疗策略。尽管在基因组学、转录组学、表观基因组学和蛋白质组学方面技术有了一定的进步，揭示了一些导致LUAD高致死性的遗传和基因组变异，但在肿瘤生物学中贡献较大的后转录机制仍未被深入挖掘。表观转录组学（epitranscriptomics），通常称为RNA的“表观遗传学”，包括了一系列修饰，其中N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，m6A）是哺乳动物RNA中最常见的修饰，广泛影响mRNA的输出、剪接、翻译和降解过程。许多研究证实，m6A修饰在肿瘤生成和转移中有重大影响，但目前对于主要肿瘤的m6A修饰图谱仍然缺乏系统性研究。

研究来源

此论文由Shiyan Wang、Yong Zeng和Lin Zhu等人撰写，作者分别来自中山大学附属第一医院胸外科和精准医学研究所、香港浸会大学环境与生物分析国家重点实验室和多伦多大学等多所研究机构。论文发表于2024年《Cancer Discovery》期刊。

研究详细介绍

研究流程

  1. 样本收集与处理：

    • 从10例非肿瘤性肺组织（NL）和51例LUAD肿瘤中提取总RNA样本，每个样本使用2微克的总RNA。
    • NL组织样本来自肺癌切除手术中的正常肺组织样本，而肿瘤样本来自Princess Margaret癌症中心病人衍生的肺癌模型（UHN-PLCME）项目。

  2. m6A修饰检测方法：

    • 采用优化的m6A免疫共沉淀结合高通量测序（m6A MeRIP-seq）方法对RNA样本进行m6A修饰检测。
    • 使用大肠杆菌K-12的尖端RNA进行库规模标准化，每个样本中超过80%的MeRIP IP读取均能唯一映射，且85.8%来源于蛋白编码基因，10.5%来源于长链非编码RNA（lncRNA）基因。

  3. 数据分析：

    • 运用主成分分析（PCA）对读取计数进行分析，区分NL与肿瘤样本。
    • 确定m6A修饰基因共有11,409个，其中包含6,140个无甲基化基因和8,030个甲基化基因。进一步通过三种方法对每个基因的m6A水平进行量化。

研究结果

  1. m6A水平与调控因子的关联性：

    • 将样品中m6A调控因子的mRNA丰度与8,030个甲基化基因的m6A水平进行关联分析，发现这些基因根据其m6A水平与调控因子的关联性分为三组（G1、G2和G3）。
    • G1基因的m6A水平显著低于其他两组，且mRNA丰度最高，分别富集于3’-UTR和终止密码子附近，而G2和G3基因主要分布于CDS区。

  2. m6A修饰模式与临床结局的关联性：

    • 应用共识聚类方法，根据前20%的甲基化基因的m6A水平将患者进行亚型分类。观察到m6A水平最低的P2亚型患者生存率显著高于其他群体。
    • 进一步分析发现，P2亚型与低RNA和蛋白质丰度的核心写入因子WTAP和高蛋白质水平的橡皮擦ALKBH5相关。

  3. 肿瘤样本中常见的低甲基化现象：

    • 相比于NL组织，肿瘤样本中的m6A水平整体较低，且变异较大。在肿瘤样本中发现的特异性甲基化基因与免疫学相关的途径显著富集，例如免疫球蛋白受体结合和抗原结合。

  4. 差异甲基化基因的功能：

    • 在430个低甲基化基因中，EML4在肿瘤中的m6A水平显著升高，推动其翻译，导致大量在原发肿瘤中的过表达。EML4通过与ARPC1A的相互作用调控细胞骨架动态，增强了伪足形成、细胞迁移、局部侵袭和转移能力。
    • METTL3小分子抑制剂显著降低了EML4的m6A和蛋白质丰度，有效抑制了体内的肺转移。

研究结论

此研究揭示了LUAD中的动态和功能性表观转录组图景，提供了重要的资源用于进一步研究。通过识别与肿瘤转移相关的EML4的过甲基化，提出了通过抑制EML4来预防LUAD转移的新治疗策略。这一发现不仅丰富了对m6A修饰调控动态的理解，还为开发新的治疗方法提供了科学依据。

研究亮点

  • 重要发现：EML4是推动LUAD转移的关键因素，其过甲基化促进了蛋白质的翻译和广泛的原发肿瘤过表达。
  • 新颖性：识别了肿瘤特异性甲基化基因，并揭示了其在肿瘤转移中的关键作用。
  • 应用价值：提出了新型治疗策略，通过靶向EML4的m6A修饰可以有效预防或减少LUAD转移。

总结

本文利用低输入m6A MeRIP-seq方法，生成了包括10例NL组织和51例LUAD肿瘤的表观转录组图景，为理解m6A修饰在临床肿瘤学中的动态调控提供了重要数据。研究揭示了LUAD肿瘤中常见的低甲基化现象，并通过关联多组学数据和生存数据，发现BLVRA的m6A水平与患者生存呈现独立关联。该研究不仅在科学上具有重要价值，还为将来开发新的治疗策略提供了深入见解。