连续两篇论文揭示RNA m6A修饰在恶性胶质瘤中作用丨BioArt特别推荐

BioArt按：近几年来围绕RNA m6A修饰的研究已经成为当今生命科学领域最前沿最热门的研究方向之一，近期几乎是三天两头就有CNS文章不断问世，随着有关RNA m6A修饰的催化、去除和识别的相关分子机理研究越来越透彻，未来摆在研究人员面前的更多的关于RNA m6A修饰的生物学功能的深入研究和拓展，而在这当中人们似乎更加关心RNA m6A修饰与一些重大疾病特别是肿瘤之间的相关性。近日，Cancer Cell和Cell Report差不多在同一时期分别发表文章揭示了RNA m6A修饰在神经胶质瘤中的作用，这两项研究对我我们认识RNA m6A修饰与肿瘤的发生具有重要的意义，相信未来还会有相关研究陆续跟进。有鉴于此，BioArt特别发布专题文章对上述两篇文章进行了详细解读，疏漏之处敬请读者批评指正。

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文章解读：

撰文丨黄蔚  （中山大学博士研究生）

胶质瘤是较常见的恶性脑瘤，与周围神经组织粘连紧密，治疗难度大。世界卫生组织将胶质瘤分为4级，其中恶性胶质瘤（GBM）属于最具危险性的第4级，手术治疗和化疗都难以避免肿瘤的复发，这类患者的中位数生存时间仅为1年。

近日，Cancer Cell报道了来自美国安德森癌症中心黄素云课题组与芝加哥大学何川课题组合作的关于m6A去甲基化酶ALKBH5的重要发现。该研究指出ALKBH5在恶性胶质瘤细胞中起到维持细胞干性的作用，并详细地揭示了ALKBH5介导的FOXM1基因mRNA上的m6A修饰参与了肿瘤细胞干性的维持，意义重大。此外，值得注意的是，这项研究在阐明ALKBH5靶向FOXM1的mRNA后，更进一步地探索了ALKBH5是如何识别及靶向FOXM1 mRNA的，并最终发现长非编码RNA FOXM1-AS介导了该过程。这也是首个报道长非编码RNA参与mRNA的m6A修饰的文章。鉴于ALKBH5在恶性胶质瘤发生中的重要作用，这项研究为开发有效的治疗药物提供了新的思路。

2013年1月，何川、杨运桂等合作在Molecular Cell上发表文章率先提出ALKBH5是ALK蛋白家族中既FTO之后的又一m6A去甲基化酶，并证明其与老鼠的精子形成有关（下图），由此拉开了ALKBH5作为去甲基化酶的研究序幕【1】。

ALKBH5敲除后，小鼠睾丸表现出的表型

随后的四年中，RNA表观遗传学得到了广泛的关注，但是关于ALKBH5在癌症中的作用却鲜有报道。2016年3月，PNAS上发表了Gregg L. Semenza的文章，提出了ALKBH5可被HIF诱导表达，并调控NANOG的mRNA水平【2】。但这项研究缺乏对ALKBH5在乳腺癌细胞中靶向的RNA的全面分析，也没有阐明ALKBH5调控NANOG的具体机制。有关ALKBH5在癌症中的作用还需要更全面和深入的研究（下图）。

在这篇Cancer Cell一文中，研究人员首先通过挖掘TCGA和R2等数据库，发现在所有数据库中，ALKBH5的高表达均与不良预后有关（下图）。

并且在细胞表型试验中，发现敲低ALKBH5能显著抑制恶性胶质瘤细胞的增殖和提高小鼠的生存时间（下图）。        

通过对比sh-ALKBH5和sh-control细胞系的芯片及MeRIP-seq的数据，发现FOXM1是ALKBH5重要的靶基因（下图）。FOXM1是细胞周期的关键蛋白，并且已被报道其高表达与恶性胶质瘤的不良预后密切相关。

之后文章又细致的证明了ALKBH5对FOXM1靶向作用。有意思的是，在对细胞核进行可溶部分和不可溶部分分离后，发现大部分ALKBH5并不在可溶部分。而何川老师2013年的文章曾证明ALKBH5在核可溶部分的核小斑中发挥去甲基化酶的功能。位于核不可溶部分的ALKBH5与FOXM1的pre-mRNA，而不是成熟的mRNA有很好的共定位和相互作用（下图）。

文章到此已能较完整地阐述ALKBH5在恶性胶质瘤中的作用了，但研究人员提了一个更深入的问题——是什么导致了ALKBH5靶向FOXM1？有趣的是，他们在FOXM1附近发现了一个长非编码RNA, LOC100507424,以下简称为“FOXM1-AS”。FOXM1-AS与FOXM1有部分序列上的重合，并能与ALKBH5结合，敲低FOXM1-AS导致ALKBH5与FOXM1的结合减弱。在后续的表型实验中，证明ALKBH5，FOXM1及FOXM1-AS均对恶性胶质瘤有明显影响（下图）。

总的来说，这篇文章清晰并且细致的证明了ALKBH5通过靶向FOXM1在恶性胶质瘤细胞干性及成瘤能力上的重要作用，并发现这个作用依赖于FOXM1的反义非编码RNA。事实上，超过70%的哺乳动物的转录组都存在反义转录本，这些反义长非编码RNA是否与特定位点m6A或者其他RN表观遗传学有关，值得进一步探索。本研究为研究治疗恶性胶质瘤的方法提供了新的思路。

令人困惑的是，目前有关RNA m6A甲基化在癌症中的研究，均报道甲基化酶或去甲基化酶的作用，比如今年1月陈建军和何川合作的论文（下图）（详见：芝大陈建军、何川组Cancer Cell报道肥胖基因FTO过表达导致白血病丨BioArt聚焦）。鉴于甲基化酶和去甲基化酶在m6A修饰中相反的作用，那么，如果去甲基化酶在某种癌症中发挥癌基因的作用，甲基化酶是否可以扮演抑癌基因的作用呢？

Yanhong Shi和何川合作的Cell Reports论文以恶性胶质瘤为例为我们解答这个疑惑。这篇文章利用从恶性胶质瘤病人中分离到的肿瘤细胞，全面的阐述了甲基化酶METTL3，METTL14以及去甲基化酶FTO的抑制剂MA2在该肿瘤中的作用。

文章首先发现，在诱导分化的GSCs细胞中，m6A呈明显的上调表达，这提示m6A甲基化酶在其中扮演重要角色（下图）。 

研究人员分别构建了稳定敲低和过表达METTL3及METTL14的细胞系，并做了细胞表型实验及小鼠实验，证明这两个甲基化酶在恶性胶质瘤中扮演抑癌基因的作用。

接下来，用FTO抑制剂MA2处理细胞，发现抑癌效果明显（下图）。值得注意的是，MA2是美国食品和药品管理局（FDA）批准的非甾体类抗炎药物，该药被证明可以特异的抑制FTO的活性，提高mRNA上m6A的量。在用MA2处理恶性胶质瘤细胞的同时，他们还检测了MA2对正常神经干细胞及大脑星形胶质细胞的作用，发现在显著抑制恶性胶质瘤细胞的MA2剂量下，对正常细胞没有影响，但是将剂量加大一倍，则有轻微的影响。

为了找到METTL3/METTL14的靶基因，通过测序分析，研究人员发现ADAM19可能是重要的靶标，该基因属于金属蛋白酶，被报道与恶性胶质瘤细胞的增殖和侵袭能力有关，这点在表型回复实验中得到了验证。

这篇文章的重点在发现甲基化酶及去甲基化酶抑制剂在恶性胶质瘤中的作用，表型实验丰富全面，机制探究实验偏少，文章到这里就结束了，并没有探讨METTL3/METTL14如何靶向ADAM19。

综合两篇文章，可以看出RNA m6A在恶性胶质瘤的干性维持，细胞增殖等方面发挥了重要作用，未来有希望开发相关蛋白的抑制剂用于临床治疗。相信这两项围绕RNA m6A修饰在肿瘤调控中的作用的文章只是一个良好的开端，未来会有更多的相关研究集中于此，也十分期待今后更多的研究能揭示RNA m6A修饰的变化直接调控某些肿瘤的具体分子机理。

参考文献：

1、Zheng, G., Dahl, J. A., Niu, Y., Fedorcsak, P., Huang, C. M., Li, C. J., ... & Lu, Z. (2013). ALKBH5 is a mammalian RNA demethylase that impacts RNA metabolism and mouse fertility. Molecular cell, 49(1), 18-29.

2、Zhang, C., Samanta, D., Lu, H., Bullen, J. W., Zhang, H., Chen, I., ... & Semenza, G. L. (2016). Hypoxia induces the breast cancer stem cell phenotype by HIF-dependent and ALKBH5-mediated m6A-demethylation of NANOG mRNA. PNAS, 113(14), E2047-E2056.

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