Nat Rev Cancer综述: RNA剪接失调与癌症的特征
2023-02-03
2023-02-02
2023-01-30
2023-02-04
2023-02-07
背景：
失调的RNA剪接是几乎所有肿瘤类型的分子特征。癌症相关的剪接改变源于反复突变和控制剪接催化和调节的反式作用因子的表达改变。肿瘤相关剪接失调可通过多种机制促进肿瘤发生，促进细胞增殖、减少凋亡、增强迁移和转移潜能、对化疗耐药和逃避免疫监视。最近的研究确定了在癌细胞转化和生长中起关键作用的特定癌症相关亚型，并证明了纠正或以其他方式拮抗这些癌症相关mRNA亚型的治疗益处。调节或抑制RNA剪接的临床级小分子也同样被开发为有前景的抗癌疗法。
简介：
2023年1月10日，来自美国弗雷德哈钦森癌症中心的Robert K. Bradley教授课题组在Nat Rev Cancer（IF: 69.8）杂志上发表题为“RNA splicing dysregulation and the hallmarks of cancer”的文章[1]。在本文中，作者综述了肿瘤细胞转录组的剪接改变特征，异常剪接在肿瘤发生和发展中的作用，以及现有和新兴的靶向剪接治疗肿瘤的方法。最后，作者讨论了将这些发现应用于临床必须解决的突出问题和挑战。
主要结果：
剪接催化与调控。
RNA剪接是一个由剪接体(一个由RNA和蛋白质组成的非常大的复合体)和额外的调节剪接因子蛋白(微调其活性)执行的高度调节过程。剪接体识别前体mRNA的核心调控序列，包括标记内含子-外显子边界的5 '和3 '剪接位点(5 ' ss和3 ' ss)、分支点位点(BPS)和多嘧啶序列。两个剪接体复合体进行剪接反应，U2型(主要剪接体)或U12型(次要剪接体)。它们的差异主要体现在剪接反应中使用的RNA成分子集以及它们识别的剪接位点序列。主要的U2型剪接体优先识别GT-AG剪接位点，并负责去除约99%的内含子，包含300多种成分，包括与“Sm”核心蛋白相互作用的小核RNA (snRNA)分子和其他蛋白形成小核核糖核蛋白(snRNP)颗粒。
剪接体复合体的详细组成和结构已被广泛地综述。在人类肿瘤中，几个剪接体成分发生改变，包括通过“早期”或E复合体和前剪接体A复合体成分的反复热点突变。
除了5'SS和3'SS附近的二核苷酸外，剪接体识别的核心调控序列在人类中是相当退化的，并允许其序列的巨大多样性。这提供了一个额外的调控层，它依赖于顺式作用的调控序列和反式作用的剪接因子蛋白，这些蛋白可以增强或减弱剪接体对剪接位点的识别。这些顺式作用的序列和反式作用的剪接因子共同调节选择性剪接，使一个基因可以编码多种不同的RNA亚型，这些RNA亚型可以翻译成不同的、通常功能不同的蛋白质亚型。
调节选择性剪接的调节性反式剪接因子是一类RNA结合蛋白，它们识别并结合前体mRNA上的顺式调节元件，即外显子或内含子剪接增强子(ESE或ISE)或外显子或内含子剪接沉默子(ESS或ISS)序列，并分别促进或抑制该外显子包含到成熟mRNA中。
图1：本构剪接和选择性剪接的原理
肿瘤起始的剪接改变。
影响剪接机制组成部分或剪接因子的突变或表达变化在癌症的发生和发展中起关键作用。通过诱导影响许多下游基因的剪接变化，这些改变有可能破坏基因产物和癌症通路的网络。
剪接因子的反复突变。
SF3B1、SRSF2、U2AF1和ZRSR2的反复体细胞突变常见于血液系统恶性肿瘤，包括骨髓增生异常综合征(MDS)、慢性粒-单核细胞白血病(CMML)、急性髓系白血病(AML)和慢性淋巴细胞白血病(CLL)。这些突变常被称为“剪接体突变”。SF3B1和U2AF1也在多种实体瘤类型中反复突变。
剪接因子表达变化。
剪接因子的水平和活性在表观遗传、转录、转录后、翻译和翻译后(包括通过特定激酶的磷酸化)受到严格控制。这些调控通路中的任何一个的改变都可以导致剪接因子表达的改变，进而改变剪接因子下游靶点的选择性剪接。尽管剪接因子突变在血液系统恶性肿瘤中常见，但剪接因子水平改变和拷贝数变化在实体瘤中尤其突出。
异常剪接的RNA亚型。
肿瘤通常表现出比正常组织更复杂的剪接谱，肿瘤的致瘤性可能与转化过程中出现的癌症特异性选择性剪接事件相关。在某些情况下，顺式作用突变可破坏剪接以促进肿瘤发生。这种顺式作用的突变常导致肺癌中的MET外显子14跳跃，而其他顺式作用的突变也可诱导特定内含子保留，从而类似地破坏基因表达。
图2：癌症中反复出现的剪接因子改变
剪接改变与肿瘤进展。
许多选择性剪接异构体与细胞侵袭、血管生成和转移性播散增加相关(图3)。在细胞侵袭或EMT期间，一些编码调节细胞黏附和迁移蛋白的基因表达不同的剪接异构体。这些包括CD44、RAC1、RON(也称为MST1R)或MENA(也称为ENAH)的选择性剪接，这些剪接产生的亚型使细胞侵袭和转移性播散成为可能。例如，MENA是肌动蛋白成核和聚合的调节因子，可调节细胞形态和运动，它产生三种主要亚型，在肿瘤进展中发挥不同作用。包含外显子INV或11a分别产生MENA-INV或MENA11a亚型，这些亚型在乳腺和肺肿瘤中表达，但在正常组织中不表达，而跳跃外显子6产生MENA∆v6。这些剪接事件受到许多剪接因子的调节，包括ESPR1和ESPR2。亚型比值在肿瘤进展过程中发生改变，与肿瘤分级和转移相关的是MENA-INV和MENA∆v6增加和MENA11a降低。
图3：癌症的剪接特征
剪接改变和对治疗的反应。
靶向治疗耐药。
选择性剪接的改变可通过影响靶点或信号转导通路导致对靶向治疗的抵抗。vemurafenib (BRAF- v600e抑制剂)治疗可选择表达可变剪接BRAF亚型的耐药细胞，该可变剪接BRAF亚型不编码RAS结合域，而RAS结合域通常调控BRAF二聚化和激活。类似地，BRCA1Δ11q异构体(缺乏大部分外显子11的变异体)增加了对聚adp核糖聚合酶(PARP)抑制和顺铂的耐药性。此外，对PARP抑制耐药的BRCA1野生型结肠癌细胞表达BARD1β， BARD1β是BRCA1肿瘤抑制活性所需的BRCA1相互作用伙伴BARD1的致癌剪接异构体。BARD1β的表达与同源重组受损相关，其外源性表达增加了对PARP抑制剂的耐药性。同样，由SRSF1调节的仅BH3的促凋亡蛋白BIM的剪接与酪氨酸激酶抑制剂的应答和耐药相关。
免疫治疗耐药。
靶向CD19的免疫疗法(包括靶向CD19的嵌合抗原受体(CAR) T细胞)的开发是B细胞急性淋巴细胞白血病治疗的一个突破。然而，50%的患者复发是由于免疫排斥和T细胞耗竭或靶向表位丧失。表位丢失可由CD19的选择性剪接驱动，产生缺乏外显子2且不被CAR T细胞识别的剪接异构体，从而导致耐药。选择性剪接驱动的CAR T细胞疗法获得性耐药的另一个例子是CD22的选择性剪接。跳跃外显子5和6导致对靶向CD22第三免疫球蛋白样结构域的CAR T细胞产生耐药性，而跳跃包含起始密码子的外显子2阻止CD22蛋白生成，从而降低可用于表位呈递的蛋白水平。
肿瘤治疗的靶向剪接。
鉴于剪接在肿瘤发生中的关键作用，人们对靶向选择性剪接用于癌症治疗产生了浓厚的兴趣。从抑制关键剪接体蛋白或调节性剪接因子到调节特异性选择性剪接事件，各种方法正在临床前和临床开发中。
图4：癌症中靶向剪接的治疗方法
可变剪接开关的起源和意义。
过去的十年已经揭示了可变剪接异构体和剪接因子在癌症中的变化程度，但我们仍然缺乏对这些变化的功能后果的全面了解。肿瘤特异性亚型的相对作用仍在很大程度上未知。是否有一组关键的选择性剪接异构体为癌细胞提供了生长优势，还是肿瘤受益于剪接的整体失调，从而导致许多相互补充的错误剪接事件?
此外，肿瘤中大多数剪接畸变的机制起源尚不清楚。尽管一些剪接因子反复突变或扩增，但大部分实体瘤在选择性剪接和/或剪接因子水平上显示出显著变化，但并不携带直接影响任何剪接因子的基因组改变。因此，了解剪接因子在健康组织和肿瘤中的表达调控将有助于靶向剪接治疗的持续发展。
结论和展望：
过去十年的研究表明，选择性剪接失调不仅仅是癌症的偶然关联，而是一种几乎普遍存在的基本分子特征，经常在肿瘤发生中起致病甚至启动作用。持续的研究将揭示普遍的癌症特异性剪接失调的机制起源和功能后果，并使我们能够创造通过调节RNA剪接发挥作用的新癌症治疗方法。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41568-022-00541-7
参考文献：
[1] Bradley RK, Anczuków O. RNA splicing dysregulation and the hallmarks of cancer. Nat Rev Cancer. 2023 Jan 10. doi: 10.1038/s41568-022-00541-7. Epub ahead of print. PMID: 36627445.
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国自然专家十：
中科院研究员，中国科学院研究生院生物化学与分子生物学博士，2001-2008年任职于美国罗约拉大学医学中心神经科学部期间，曾与著名神经内分泌学专家Louis Van de Kar 教授、George Battaglia教授等合作从事神经药理学研究，共同主持和参与多项美国心脏协会和美国国家卫生部(NIH)项目。2008年回国以来主持多项国自然，评审国自然经验丰富。
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