Molecular Cell | 李磊博士等揭示肿瘤选择性多聚腺苷酸化的新机制
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选择性多聚腺苷酸化(APA)是真核生物中一种广泛存在的基因转录后调控过程。大多数的APA都发生在3'UTR区域。通过对3'UTR区域的不同多聚腺苷化的选择，APA可以影响mRNA的稳定性，翻译效率，细胞定位等重要过程。贝勒医学院终身教授, 加州大学尔湾分校终身讲席教授李蔚教授实验室近年来专注APA领域，在领域内首次提出全新的计算方法（Dynamics Analysis of Alternative polyadenylation from RNA-seq data, DaPars）【1】，同时发现了一个新的CFIm25蛋白可以通过影响APA来控制脑瘤的生长【2】。近期又开发MAT3UTR算法预测3'UTR缩短的反式靶标，发现乳腺癌3'UTR缩短并不是促进癌基因的表达，而是通过破坏竞争性内源RNA （ceRNA）crosstalk来反式拟制肿瘤基因的表达【3】。他们还发现肿瘤中存在广泛的3'UTR缩短, 然而目前现有的机理都局限在单一肿瘤类型, 并不清楚是否存在一种通用的肿瘤分子机制。
St. Jude儿童研究医院Ryan Potts教授实验室长期依赖致力于研究黑色素瘤相关抗原（MAGE）基因家族。MAGE基因高度保守，并且都含有共同的MAGE同源结构域。这其中有一类特殊的MAGE基因在正常组织中几乎不表达，然后在多种肿瘤中异常高度表达【4】，近期研究还发现这类基因的高表达会导致肿瘤的显著生长和转移，总生存率也会降低。MAGE蛋白也因此被经常认为是肿瘤标记物和免疫治疗的热门靶标。同时这类MAGE蛋白可以联合E3泛素连接酶作为底物招募其他新的蛋白来促进它们的泛素化降解。然后这类MAGE蛋白（其中重点包括MAGE-A11）的分子机制和致癌机理并不清楚。
2020年1月21日，李蔚教授和Ryan Potts教授在Molecular Cell发表了题为A Cancer-Specific Ubiquitin Ligase Drives mRNA Alternative Polyadenylation by Ubiquitinating the mRNA 3’ End Processing Complex的研究论文，首次揭示了一类肿瘤特异性泛素连接酶可以在不同肿瘤类型通过APA驱使基因的广泛3'UTR缩短, 以及这些APA基因在肿瘤发生过程中的致癌机理。
为了揭示MAGE-A11的分子机制，Ryan实验室利用蛋白质组学分析MAGE-A11结合蛋白，发现只有4个蛋白与之结合包括PCF11, CLP1, POLR2A, POLR2B, 而有意思的是这些蛋白都参与控制APA的RNA 3'末端加工过程，同时还发现MAGE-A11可以促进PCF11的泛素化和降解。另外李蔚实验室李磊博士通过设计生物信息方法也发现在TCGA公共数据中MAGE-A11的高表达会导致在多个不同类型的肿瘤中的3'UTR广泛缩短，其中最显著的包括卵巢癌(OV) 和肺鳞 (LUSC)。为此进一步的在细胞系的转录组数据中也证实了这一假设。
接着，为了进一步探究MAGE-A11调节的3'UTR缩短基因是否对肿瘤发生和调控有作用，作者首先发现致癌基因CCND2在MAGE-A11高表达时会发生3'UTR缩短，随后在HEK293FT细胞系中也证实了这一现象，同时CCND2蛋白水平会升高。对CCND2 3'UTR区域的顺式作用元件miRNA分析发现了miR-191-5p，进而推测可能是CCND2的3'UTR缩短导致miR-191-5p的丢失，从而提高CDND2的蛋白水平。然后3'UTR缩短的基因并不富集致癌基因，有意思的是，通过对3'UTR缩短基因miRNA的反式靶标的分析，发现这些3'UTR缩短基因的ceRNA partners高度富集抑癌基因。这些结果揭示了这些APA基因既可以通过顺式作用促进致癌基因表达，也可以通过反式作用拟制抑癌基因的表达。
综上所述，在这项研究中，作者为我们深入揭示了MAGE-A11在肿瘤发生过程中新的作用机制。MAGE-A11通过对PCF11的泛素化和降解，驱使对多个癌症类型的APA调控和3'UTR缩短，而这些基因的3'UTR缩短可以动态调节致癌基因和抑癌基因的表达。该研究尝试解决了领域里面一个多年悬而未决的问题，为什么在肿瘤中广泛存在3'UTR缩短，并为转录后调控对肿瘤的发生和调控机制提供了新的见解。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.12.022
参考文献