首页 > 文章详情

【前沿进展】肺腺癌的m6A转录组学研究

2024年12月02日

整理：肿瘤资讯

来源：肿瘤资讯

肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因，非小细胞肺癌（NSCLC）占所有肺癌的80%-85%。肺腺癌（LUAD）是NSCLC的主要类型，生存率较低，迫切需要深入了解其分子机制和治疗策略。分子技术的发展为我们揭示了LUAD致死率背后的遗传、基因组和表观遗传改变，但促进肿瘤生物学的转录后机制尚未得到充分探索。N⁶-甲基腺苷（m⁶A）是真核生物RNA最常见的修饰，控制mRNA的输出、剪接、翻译和降解。越来越多的证据表明，m⁶A在肿瘤发生和转移中显著失调，影响肿瘤的增殖、干细胞特性、转移和免疫逃避。虽然有许多研究已在体内、体外通过调节一种或多种m⁶A调节因子的丰度来探索m⁶A的作用，但原发肿瘤的m⁶A甲基化组特征尚不明确。本研究通过m⁶A免疫沉淀后进行高通量测序（m⁶A MeRIP-seq），分析了10个非肿瘤性肺组织（NL）样本和51个原发性LUAD肿瘤的表观转录组数据，全面评估了m⁶A调节因子失调对LUAD肿瘤m⁶A表观转录组的影响。

主要结果

研究通过检测m⁶A峰分布及共同基序，明确了低起始量m⁶A MeRIP-seq方法检测样本中m⁶A转录组的有效性。如果一个基因在至少两个样本（NL或肿瘤）中存在m⁶A峰，则该基因被定义为m⁶A甲基化。研究在NL和肿瘤样本中共检测到11409个这样的基因，进一步筛选得到6140个未甲基化基因和8030个甲基化基因，包括184个甲基化lincRNA，并通过三种方法分别量化每个基因的m⁶A水平，其中全转录本免疫沉淀RNA（IP）/总RNA（INPUT）比率与m⁶A-LAIC-seq测定的甲基化转录本百分比相关性最强。结果显示，NL和肿瘤样本中，甲基化基因的全转录本IP/INPUT比率显著高于未甲基化基因，进一步支持了该检测方法的有效性与一致性。

m⁶A水平与m⁶A调节因子的关联模式

前期研究显示，肿瘤中存在复杂的m⁶A失调。对此前肿瘤样本中8030个甲基化基因的mRNA丰度与m⁶A水平的相关性进行聚类分析，发现m⁶A的写入酶和擦除酶复合物明显地分开并聚集成两个不同的组。上述8030个基因根据相关模式分为3组（G1，n=2776；G2，n=3281；G3，n=1973）。在A549细胞中，G3组中m⁶A调节因子结合靶基因的比例显著低于G1和G2组。三组中，G1基因的m⁶A水平最低，mRNA丰度最高，并进一步分析了这类基因的特征。结果显示，G1基因外显子数量最多，最后一个编码序列（CDS）的长度最短，而G3组基因外显子数量最少，最后一个CDS长度最长。G1组基因多与肿瘤细胞生存及转移相关，而G2和G3基因中富集程度最高特征与单纯孢疹病毒1（HSV-1）感染有关。

m⁶A与临床结局的关联

研究对m⁶A水平前20%的甲基化基因进行共识聚类分析，共鉴别出5种m⁶A亚型，标记为P1-P5。与其他组相比，P2组患者的m⁶A水平最低，且P2亚型中，写入酶复合物中的核心成分WTAP的RNA和蛋白丰度相对较低，擦除酶中ALKBH5的蛋白水平相对较高。此外，与其他亚型相比，P2亚型与更高的生存率有关（P=0.041）。对不同亚型中的差异表达基因进行富集分析，发现P2亚型表达上调的基因中，细胞周期相关基因富集程度最高；而在表达下调的基因中富集程度最高的是免疫相关信号通路。

图片3-1.png 图1 基于m⁶A表观转录组的LUAD亚型

进一步分析mRNA、蛋白质、m⁶A水平与临床特征之间的关联，发现40个基因的m⁶A水平与患者总生存有关，其中BLVRA基因最为显著。BLVRA基因的m⁶A水平与患者生存率显著相关，而与其mRNA和蛋白质丰度无关。

m⁶A高甲基化增强EML4转录并促进LUAD转移

分别分析NL和肿瘤样本的m⁶A MeRIP-seq数据，肿瘤样本中m⁶A峰数量和m⁶A水平显著低于NL样本，且表达差异更大。差异化分析鉴别出652个差异甲基化基因（DMG），包括430个去甲基化基因和222个高甲基化基因，并发现与NL样本相比，肿瘤样本中去甲基化基因的m⁶A水平显著降低，而高甲基化基因的m6A水平显著升高，但两组间RNA丰度无显著差异。

在RNA水平无显著变化的447个DMG中，EML4位于高甲基化第二位且在终止密码子处有一个单m⁶A峰，适合进行功能验证。此外，既往研究表明EML4也是NSCLC的驱动基因。与整个转录本的m⁶A水平一致，肿瘤样本中EML4的m⁶A峰强度显著高于NL样本。敲低m⁶A关键转录子METTL3对EML4的mRNA丰度影响很小，但会导致峰值区域和最靠近峰顶的“A”位点（峰顶附件的共同基序位点）甲基化水平显著下降，并降低了EML4蛋白丰度和翻译效率，特异性去除EML4转录本“A”位点的m⁶A也得到了相似的结果。LUAD肿瘤样本中，EML4蛋白丰度上调要比mRNA丰度的上调更为显著。

图片3-2.png 图2 LUAD中，EML4通过m⁶A高甲基化上调

体外实验表明，敲低EML4可显著降低NSCLC细胞的迁移和侵袭能力，对细胞增殖无显著影响。体内实验进一步证实，敲低EML4可以显著减少小鼠肺转移并延长生存，而过表达EML4则进一步加剧肺转移。后续实验发现，EML4通过与LUAD中ARPC1A的相互作用，促进肿瘤细胞的迁移、侵袭和最终转移。此外，EML4表达的改变会诱导NSCLC细胞形态学改变，揭示其在细胞骨架调节中具有重要作用。

METTL3抑制剂抑制EML4表达从而抑制肿瘤转移

进一步探索EML4蛋白丰度与病理特征间的临床相关性，发现转移灶中EML4蛋白丰度显著高于匹配的原发性LUAD肿瘤，且无论是在转移灶还是在原发灶中，EML4蛋白丰度均与患者淋巴结状态显著相关，表明EML4是LUAD疾病进展或转移的新驱动因素。

此前结果显示，敲低METTL3可以显著降低肿瘤细胞的体外迁移能力和体内转移能力，使用METTL3抑制剂同时减少了EML4蛋白表达和m6A水平，有效抑制了小鼠的肺转移，且未观察到明显毒性反应。

图片3-3.png 图3 EML4促进NSCLC细胞的体外迁移和侵袭以及体内转移

研究结论

研究将转录组数据与临床病理及患者预后指标相结合，绕过了mRNA和蛋白质的相关性，发现了与患者预后密切相关的独特的m⁶A模式和位点特异性修饰，并指出EML4高甲基化是LUAD新的转移驱动因素。METTL3的药理学抑制显著降低了EML4的蛋白质丰度和m⁶A修饰，从而抑制肿瘤转移。上述成果不仅为LUAD研究提供了丰富的m⁶A谱资源，也为进一步研究m⁶A的动态调节和新型靶向药物的研发奠定了理论基础。

参考文献

Wang S, Zeng Y, Zhu L, Zhang M, Zhou L, Yang W, Luo W, Wang L, Liu Y, Zhu H, Xu X, Su P, Zhang X, Ahmed M, Chen W, Chen M, Chen S, Slobodyanyuk M, Xie Z, Guan J, Zhang W, Khan AA, Sakashita S, Liu N, Pham NA, Boutros PC, Ke Z, Moran MF, Cai Z, Cheng C, Yu J, Tsao MS, He HH. The N6-methyladenosine Epitranscriptomic Landscape of Lung Adenocarcinoma. Cancer Discov. 2024 Jun 25. doi: 10.1158/2159-8290.CD-23-1212. Epub ahead of print. PMID: 38922581.

声明：本材料由阿斯利康提供，仅供医疗卫生专业人士参考

审批编号：CN-147486 过期日期：2025-02-18

责任编辑：肿瘤资讯-Yuno
排版编辑：肿瘤资讯-Julian