复旦邵志敏团队揭示RNA可变剪切调控乳腺癌进展的新机制
乳腺癌是全球女性最常见的肿瘤，也高居癌症相关死亡原因的首位【1】。对于乳腺癌新靶标和新机制的研究一直是该领域的探索热点。然而如何在组学数据提供的大量分子变异中鉴定功能性变异依然是个挑战。超过90%人类基因要通过可变剪切产生转录本，其中60%的剪切变体会编码出不同的蛋白质异构体【2】。目前已知的癌症十项基本特性都受到异常剪切的调控，而且异常剪切本身已被认为是癌症的基本特征之一，并且是富有临床价值和广阔前景的治疗靶点【3-5】。RNA结合蛋白表达量或活性的变化，能够影响大量癌症相关基因的剪切形式【6】。因此，有必要对乳腺癌中功能性RNA结合蛋白展开系统筛选和深入研究。
2018年6月15日，美国癌症研究学会官方期刊《癌症研究》正式发表复旦大学附属肿瘤医院外科主任兼复旦大学肿瘤研究所所长邵志敏教授、胡欣副研究员领衔团队的研究成果，该研究首次利用CRISPR-Cas9文库技术对RNA结合蛋白进行系统性功能筛选，发现了乳腺癌生存依赖的的剪切因子PHF5A，并从可变剪切与表观遗传学角度深入探讨了该分子抑制乳腺癌凋亡的机制，为发掘乳腺癌治疗新靶标提供了理论依据，也为疾病提供了全新的预后标志物。
该研究利用CRISPR-Cas9文库技术自主开展了对RNA结合蛋白的功能性筛选，并发现了一批癌细胞生长依赖的重要基因，其中PHF5A在多个实验组中排名高居前列。国际癌症基因组图谱（TCGA）、国际乳腺癌分子分型联盟（METABRIC）、癌症生存曲线分析（Kaplan Meier plotter）以及该中心研究队列表明，PHF5A在乳腺癌组织中普遍存在高表达，并且其高表达指示着较差的预后。生物学功能上，PHF5A缺失会导致癌细胞增殖、迁移和成瘤能力显著受损。
CRISPR-Cas9体内筛选策略
在探索机制过程中，邵志敏教授团队发现了有趣的现象：作为维持U2剪切体复合物稳定性的必需蛋白，PHF5A起着沟通组蛋白修饰信息与转录本可变剪切的桥梁作用。通过自身的PHD指样结构域，PHF5A能够与启动子区域的组蛋白H3相结合，对该部位的基因序列实施可变剪切。本研究发现PHF5A所调控的大量剪切事件在凋亡通路上非常活跃。其中，凋亡相关基因FASTK在PHF5A高表达时主要编码抗凋亡形式的蛋白，而在低表达PHF5A的细胞中编码出促凋亡的截短蛋白。
PHF5A促进乳腺癌进展机制示意图
因此，该研究的重要发现在于筛选获得了功能极为显著的剪切因子，深入揭示了可变剪切与表观遗传学信息的内在联系，为相关领域的研究提供了重要启示，也为乳腺癌新靶标的发掘提供了理论依据。
该论文的第一作者为郑以孜博士，共同通讯作者为邵志敏教授和胡欣副研究员。
邵志敏：博士生导师，长江学者特聘教授、复旦大学特聘教授以及国家杰出青年基金获得者。现任复旦大学肿瘤研究所长、乳腺癌研究所所长、复旦大学附属肿瘤医院大外科主任兼乳腺外科主任、中国抗癌协会乳腺癌专业委员会名誉主委、中华医学会肿瘤学分会副主任委员、第八届亚洲乳腺癌协会主席以及圣加仑乳腺癌大会专家团成员。长期从事乳腺癌的临床和基础研究，在临床多学科综合治疗模式、个体化靶向治疗的系统优化并推广应用、临床应用基础研究以及基础研究领域取得重大突破。在国内率先建立了乳腺癌诊疗规范和防治体系并广泛推广应用，患者总生存率、无瘤生存率均达到国际先进水平，注重患者生活质量的提高，取得了显著的经济、社会效益。在乳腺癌的分子分型、侵袭转移、微环境与乳腺癌靶器官亲嗜性转移互动研究、肿瘤复发转移调控网络及预警体系的建立等研究均取得国际先进性研究成果与创新性发现，形成有特色的研究体系。近5年来以通讯作者发表在 Nat Rev Cancer、Lancet Oncol、Nat Commun、Cancer Res 等杂志发表SCI论文80余篇，主编专著4本。
胡欣：2003年获得复旦大学医学学士学位；2008年获得复旦大学医学博士学位；2009至2012年在美国德州大学M.D.安德森癌症中心遗传系完成博士后研究。2012年起工作于复旦大学附属肿瘤医院，现任副研究员、硕士生导师。主要从事乳腺肿瘤基因组学、乳腺癌耐药、高通量文库筛选等方向的研究，主要成果发表在 Cell、Nature Commun、Hepatology、Cancer Res、JBC 等国际期刊。
参考文献
Torre LA, Bray F, Siegel RL, et al. Global cancer statistics, 2012. CA Cancer J Clin. 2015;65(2):87-108. DOI: 10.3322/caac.21262
Wang ET, Sandberg R, Luo S, et al. Alternative isoform regulation in human tissue transcriptomes. Nature. 2008;456(7221):470-476. DOI: 10.1038/nature07509
Oltean S, Bates DO. Hallmarks of alternative splicing in cancer. Oncogene. 2014;33(46):5311-5318. DOI: 10.1038/onc.2013.533
Hanahan D, Weinberg RA. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011;144(5):646-674. DOI: 10.1016/j.cell.2011.02.013
Lee SC, Abdel-Wahab O. Therapeutic targeting of splicing in cancer. Nat Med. 2016;22(9):976-986. DOI: 10.1038/nm.4165
Fu XD, Ares M Jr. Context-dependent control of alternative splicing by RNA-binding proteins. Nat Rev Genet. 2014;15(10):689-701. DOI: 10.1038/nrg3778
Cancer Res. 2018 Jun 15;78(12):3190-3206.
PHF5A Epigenetically Inhibits Apoptosis to Promote Breast Cancer Progression.
Zheng YZ, Xue MZ, Shen HJ, Li XG, Ma D, Gong Y, Liu YR, Qiao F, Xie HY, Lian B, Sun WL, Zhao HY, Yao L, Zuo WJ, Li DQ, Wang P, Hu X, Shao ZM.
Fudan University Shanghai Cancer Center, Fudan University, Shanghai, China; Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai, China; Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China; Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China.
Alternative splicing (AS) and its regulation play critical roles in cancer, yet the dysregulation of AS and its molecular bases in breast cancer development have not yet been elucidated. Using an in vivo CRISPR screen targeting RNA-binding proteins, we identified PHD finger protein 5A (PHF5A) as a key splicing factor involved in tumor progression. PHF5A expression was frequently upregulated in breast cancer and correlated with poor survival, and knockdown of PHF5A significantly suppressed cell proliferation, migration, and tumor formation. PHF5A was required for SF3b spliceosome stability and linked the complex to histones, and the PHF5A-SF3b complex modulated AS changes in apoptotic signaling. In addition, expression of a short truncated FAS-activated serine/threonine kinase (FASTK) protein was increased after PHF5A ablation and facilitated Fas-mediated apoptosis. This PHF5A-modulated FASTK-AS axis was widely present in breast cancer specimens, particularly those of the triple-negative subtype. Taken together, our findings reveal that PHF5A serves as an epigenetic suppressor of apoptosis and thus provides a mechanistic basis for breast cancer progression and may be a valuable therapeutic target. Significance: This study provides an epigenetic mechanistic basis for the aggressive biology of breast cancer and identifies a translatable therapeutic target.
PMID: 29700004
DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-17-3514