文章簡介
文章題目
RNA-Binding Proteins in Cancer: Old Players and New Actors
中文題目
RNA結(jié)合蛋白在癌癥中的作用
期刊名
Trends in Cancer, IF: 27.407
作者
Bruno Pereira, Marc Billaud, and Raquel Almeida
發(fā)表時間
2017年
文章摘要
RNA結(jié)合蛋白（RBPs）是轉(zhuǎn)錄后事件的關(guān)鍵參與者。它們的RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的多功能性與結(jié)構(gòu)靈活性的結(jié)合使得RBP能夠控制大量轉(zhuǎn)錄物的代謝。RBP-RNA網(wǎng)絡活動中的擾動與癌癥發(fā)展有因果關(guān)系，但描述這些貢獻的合理框架仍然是分散的。作者在此review了RBP調(diào)節(jié)多種癌癥特征的證據(jù)，強調(diào)了其功能的多樣性，評估了癌癥中RBP研究在未來的趨勢。
文章結(jié)果
RBP：癌癥的重要參與者
癌癥是一種復雜且異質(zhì)性的疾病。過去20年發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞通過劫持轉(zhuǎn)錄后調(diào)控可以調(diào)控蛋白表達水平從而使其更好的適應微環(huán)境。
目前確定的人類RBP大約有1542個，占所有蛋白質(zhì)編碼基因的約7.5％。RBP幾乎涉及該轉(zhuǎn)錄后調(diào)控層的所有步驟，它們與其他蛋白質(zhì)以及編碼和非編碼RNA建立高度動態(tài)的相互作用，產(chǎn)生稱為核糖核蛋白復合物的功能單元（RNP），調(diào)節(jié)RNA剪接、多腺苷酸化、穩(wěn)定性、定位、翻譯、和退化?，F(xiàn)在已經(jīng)清楚，RBP在不同的癌癥類型中失調(diào)，從而影響癌蛋白和腫瘤抑制蛋白的表達和功能。因此，破譯RBP與其癌癥相關(guān)RNA靶標之間錯綜復雜的相互作用網(wǎng)絡將提供對腫瘤生物學的更好理解，并可能揭示新的癌癥治療目標。
癌癥中RBP的失調(diào)表達和活性
一些研究已經(jīng)證明RBP在癌癥中相對于鄰近的正常組織異常表達，并且這種表達與患者預后相關(guān)。雖然從這些研究中可以明顯看出，RBP mRNA表達水平的變化很小，然而由于RBP在不同的轉(zhuǎn)錄后步驟中控制多個靶標，表達或活性的微小變化可能導致下游調(diào)節(jié)網(wǎng)絡的大規(guī)模破壞。在癌細胞中已經(jīng)鑒定了調(diào)控RBP表達及活性的各種機制，包括基因組改變，轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控以及翻譯后修飾（PTM）。
基因組改變是癌細胞的普遍特征，似乎對癌癥中的RBP失調(diào)具有微小貢獻。最近一項針對11種實體腫瘤類型的研究顯示，只有約15％的RBP含有影響蛋白質(zhì)序列的突變。然而，關(guān)于編碼剪接體復合物（spliceosome）組分的基因中的體細胞雜合突變，情況是明確的。剪接體是一個參與剪接的大型RNP復合體，從前體信使RNA（pre-mRNAs）中去除非編碼內(nèi)含子。剪接體基因的突變與骨髓增生異常綜合征的發(fā)展有因果關(guān)系，骨髓增生異常綜合征是一種常常引起急性髓性白血病的造血系統(tǒng)疾病。涉及含有RBP基因座的基因組區(qū)域的拷貝數(shù)變異是經(jīng)常性的。在這種情況下，基因擴增比基因丟失更頻繁，并且與RBP的上調(diào)表達有很強的相關(guān)性。
多項體外研究已將已知的癌癥驅(qū)動因素與RBP失調(diào)聯(lián)系起來。例如，致癌轉(zhuǎn)錄因子MYC上調(diào)膠質(zhì)瘤中異質(zhì)核核糖核蛋白（hnRNP）A1和hnRNPA2的mRNA表達。這些hnRNP促進了參與糖酵解轉(zhuǎn)換的丙酮酸激酶M同種型2（PKM2）的合成，這是Warburg效應的基礎(chǔ)。PI3K / AKT / NF-kB信號通路激活Hu-antigen R（HuR）在胃癌細胞中的轉(zhuǎn)錄，增強細胞生長和對凋亡應激的抗性。ZEB1蛋白，一種上皮 - 間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）特異性轉(zhuǎn)錄因子，直接抑制上皮剪接調(diào)節(jié)蛋白1的mRNA表達（ESRP1）.
非編碼RNA甚至其他RBP的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控是調(diào)控癌癥中RBP表達的另一種機制。例如，miR-125a和miR-519拮抗HuR蛋白的表達，顯著降低乳腺癌，宮頸癌，結(jié)腸癌和卵巢癌細胞的增殖。這種相關(guān)性具有臨床相關(guān)性，因為相對于健康組織，在卵巢癌，肺癌和腎癌樣本中觀察到高HuR蛋白水平和顯著降低的miR-519表達。DICER1本身受到肺癌細胞系中l(wèi)et-7 miRNA家族成員以及乳腺癌細胞中miR-103和miR-107的抑制作用，減弱miRNA生物合成并導致小鼠模型中的轉(zhuǎn)移。這種機制也可以在臨床環(huán)境中找到，因為miR-103/107水平升高，因此DICER1蛋白表達降低與一組乳腺癌患者的轉(zhuǎn)移相關(guān)。這種負反饋循環(huán)證實了這樣一種觀念，即miRNA豐度的全局性減少是人類癌癥的一個特征，在致癌過程中具有致病作用。
最后，癌癥中RBP功能的失調(diào)不僅由于基因表達改變，而且還因為蛋白質(zhì)活性的改變。有充分證據(jù)表明，RBP受到各種PTM的影響，包括乙?；?，磷酸化，甲基化和泛素化。PTM改變RBP結(jié)合特性，功能或亞細胞定位。值得注意的是，RBP中的RNA結(jié)合元件是PTM的熱點，使得這些修飾可能是癌癥中RBP功能障礙的主要機制之一。
RBP在癌細胞中作用的分子機制
RBP通過廣泛的機制起作用，包括可變剪接，多腺苷酸化，穩(wěn)定性，亞細胞定位和翻譯，它們在癌癥中的作用反映了這種功能多樣性（圖1） 。
可變剪接
對可變剪接的正常模式的破壞是癌細胞中的常見特征，并且主要歸因于改變的RBP功能。hnRNPs和富含絲氨酸/精氨酸（SR）的蛋白是剪接體識別的剪接位點選擇的主要調(diào)節(jié)因子。hnRNPs和SRs在多種癌癥中都失調(diào)，強調(diào)了剪接在腫瘤進展中的作用。構(gòu)成剪接機制核心的蛋白質(zhì)與額外的RBP結(jié)合形成復合物，這些復合物決定了組織和腫瘤特異性剪接事件。取決于RBP結(jié)合位點相對于受調(diào)節(jié)的外顯子的位置，這些蛋白質(zhì)可以在各種情況下與剪接體活性協(xié)同或拮抗。
STAR家族成員Quaking（QKI）是肺癌中最常被下調(diào)的剪接因子之一，并且預后不良。在正常細胞中，QKI通過與核心剪接因子SF1競爭選擇性地抑制包含NUMB mRNA外顯子12，促進NUMB同種型的表達， 其抑制增殖并且充當Notch信號傳導途徑的負調(diào)節(jié)物。RBM10是另一種在肺腺癌中頻繁下調(diào)的可變剪接調(diào)節(jié)因子，促進NUMB mRNA 9號外顯子跳躍，導致NUMB同種型的表達也阻斷增殖并抑制Notch激活。在膠質(zhì)瘤中過表達的剪接因子hnRNPA2提供了一系列剪接缺陷和腫瘤發(fā)生之間的聯(lián)系。并且與預后不良有關(guān)。hnRNPA2在人膠質(zhì)母細胞瘤細胞系中的上調(diào)與多種可變剪接調(diào)控有關(guān)，包括CFLAR mRNA 7號外顯子包含，BIN1 mRNA外顯子12a包含和WWOX mRNA外顯子6至8跳躍，導致這些腫瘤抑制蛋白的抗細胞凋亡同種型的合成;另一方面，hnRNPA1上調(diào)也導致RON mRNA外顯子11跳躍，產(chǎn)生這種酪氨酸激酶受體的致癌剪接型，調(diào)節(jié)腫瘤細胞的侵襲性和運動性。
可變的聚腺苷酸化
RBP還負責處理大多數(shù)真核前mRNA的另一個關(guān)鍵步驟：向3’末尾添加poly（A）尾。有趣的是，poly（A）尾長是一個重要的生物學特征，根據(jù)物種和基因功能進化限制在一個確定的大小。與剪接相似，可變多腺苷酸化（APA）使單個基因能夠編碼在其編碼序列或3’非翻譯區(qū)（3’UTR）中不同的多個轉(zhuǎn)錄物。通過改變編碼序列，APA可能影響基因編碼的蛋白質(zhì)的功能。通過改變3’UTR長度，APA調(diào)節(jié)靶mRNA的穩(wěn)定性，亞細胞定位和翻譯效率。因此，毫不奇怪地發(fā)現(xiàn)pre-mRNA的差異處理在癌癥中經(jīng)常被改變。
穩(wěn)定性
真核mRNA的穩(wěn)定性決定因子除了poly(A)還有5’cap。為了引發(fā)降解，RNA這些結(jié)構(gòu)中的任何一個都必須受到損害，或者mRNA必須通過核酸內(nèi)切酶介導的反應在內(nèi)部切割。ARE-結(jié)合蛋白（AUBP）是這種去穩(wěn)定化所必需的。癌基因，生長因子及其受體，細胞周期基因和炎癥介質(zhì)似乎在這些含有ARE的轉(zhuǎn)錄物中過量表達，這表明mRNA穩(wěn)定性在癌發(fā)生中的重要作用。例如，HuR在多種癌癥類型中過表達，增強了編碼細胞周期調(diào)節(jié)因子的幾種含有ARE的mRNA的穩(wěn)定性，即CCNA1，CCNB1，CCND1和CCNE1，從而有助于增加癌細胞的增殖。
亞細胞定位
RBP還通過與位于3’UTR中的序列結(jié)合而在mRNA的細胞內(nèi)定位中起主要作用，通常使多亞基復合物的組裝成核，所述多亞基復合物將轉(zhuǎn)錄物連接至細胞骨架分子馬達，其又將RNP發(fā)送至特定的亞細胞地址。這種機制是細胞極性建立和維持的關(guān)鍵，并且在癌癥中經(jīng)常發(fā)生改變。最好的例子是胰島素樣生長因子2 mRNA結(jié)合蛋白1（IGF2BP1或IMP1），它是保守的VICKZ RBPs家族的成員。IMP1促進ACTB轉(zhuǎn)錄物轉(zhuǎn)運至極化細胞的富含肌動蛋白的突起，例如遷移的成纖維細胞和神經(jīng)元。
翻譯
翻譯過程錯綜復雜，涉及三個協(xié)調(diào)事件：啟動，延長和終止。在啟動步驟中控制大多數(shù)mRNA的翻譯，其中包括5 ’cap結(jié)合復合物eIF4F和poly（A）結(jié)合蛋白（PABP）的RBP是誘導mRNA環(huán)化和翻譯所必需的。通過核糖體加載激活。癌癥中幾乎所有主要的致癌信號傳導途徑，如PI3K / AKT / mTOR，RAS / MAPK和Wnt / b-連環(huán)蛋白，都會導致翻譯失調(diào)。在eIF4F復合物成分中，eIF4E通常在不同腫瘤類型中過表達，這與預后不良相關(guān)。
總之，這些研究突出了RBP用于微調(diào)癌癥中基因表達的一系列機制。在大多數(shù)情況下，一個RBP調(diào)節(jié)特定轉(zhuǎn)錄后層內(nèi)的一組靶標。在許多其他方面，RBP / RBP或RBP /非編碼RNA組合調(diào)節(jié)單個轉(zhuǎn)錄物，其取決于協(xié)同和/或拮抗相互作用，可產(chǎn)生不同的結(jié)果。所有這些控制事件可以彼此獨立地行動或者在空間和時間上高度協(xié)調(diào)。
通過RBP調(diào)節(jié)癌癥表型
RBP幾乎涉及導致腫瘤發(fā)展的每個過程。RBP在癌癥中的影響包括持續(xù)增殖能力，細胞死亡逃避和入侵。
持續(xù)擴散
與癌癥相關(guān)的大多數(shù)RBP調(diào)節(jié)細胞增殖。其中一個最好的研究樣本是LIN28家族的RPP，其中包括通常以其在發(fā)育過程中的作用而聞名的LIN28A和LIN28B。經(jīng)過基因工程改造的過表達LIN28B的幾種小鼠模型可以形成淋巴瘤，成神經(jīng)細胞瘤和生長和結(jié)腸癌。LIN28蛋白的異?；钚栽趲追N惡性腫瘤中發(fā)現(xiàn)，并且與低分化和高侵襲性腫瘤相關(guān)。該家族的RBPs主要通過協(xié)調(diào)阻斷l(xiāng)et-7家族miRNA的多個成員的生物發(fā)生以及隨后對let-7靶標的去阻遏，其中包括促進細胞周期的基因HMGA2，KRAS和MYC。
逃避細胞死亡
程序性細胞死亡是抵抗癌癥發(fā)展的天然屏障。遺傳改變占BCL2抗凋亡家族成員的大部分擾動功能，但研究也證明了mRNA穩(wěn)定化的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)。例如SAM68在BCLX選擇性剪接的調(diào)節(jié)中起作用，并且Src樣激酶對SAM68的磷酸化在癌細胞中從促凋亡轉(zhuǎn)變?yōu)榭沟蛲?。了解哪些RBP影響細胞凋亡過程提供了通過將平衡轉(zhuǎn)向促凋亡變體的產(chǎn)生來恢復癌細胞對化學治療藥物的抗性的機會。
侵入
RBP介導與癌細胞中改變的上皮細胞形態(tài)，極性和運動相關(guān)的不同轉(zhuǎn)錄后事件。例如，ESRP1和ESRP2蛋白是上皮細胞類型特異性mRNA剪接程序的主要協(xié)調(diào)者。敲除這些蛋白質(zhì)引起細胞形態(tài)的變化，從鵝卵石樣到紡錘形，并增強乳腺上皮透明細胞腎癌，頭頸部鱗狀細胞癌和胰腺的運動性。另一個與細胞遷移和侵襲性表型相關(guān)的RBP通過調(diào)節(jié)剪接事件來控制KH型染色體蛋白（KHSRP）.KHSRP在腦癌，乳腺癌，肝癌和肺癌中表達。通過影響靶向編碼EMT因子的轉(zhuǎn)錄物的特定miRNA的成熟過程，以及與包括CD44和FGFR2的細胞粘附和運動相關(guān)的一組前mRNA的可變剪接，KHSRP似乎是維持乳腺細胞的上皮基因表達特征所必需的從而抑制入侵。EMT被認為是癌細胞傳播和轉(zhuǎn)移的中心機制。因此，設(shè)計可能干擾編碼參與這些過程的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄物的可變剪接或翻譯的分子機制可能代表一種新的治療方法。
結(jié)束語
在過去十年中，我們對癌癥轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的了解有所增加，尤其是在發(fā)現(xiàn)非編碼RNA的意外多樣性的情況下。這一進展再次引起了人們對參與RNA代謝的分子參與者的興趣，即RBPs。到目前為止，即使是有限數(shù)量的癌癥相關(guān)RBP的詳細描述也清楚地強調(diào)了它們在這種疾病中的重要性。盡管如此，關(guān)于癌癥生物學中RBP效應仍有待發(fā)現(xiàn)。一般而言，RBP通過機械多樣化參與多個癌癥標志，表明RBP建立了高度復雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡，同時協(xié)調(diào)多種癌癥特征。這些網(wǎng)絡的干擾似乎與其他原發(fā)性致癌物質(zhì)相互配合，加速進展并增加侵襲性。可獲得的數(shù)據(jù)支持RBP主要通過改變各種與癌癥相關(guān)的下游靶標在致癌事件發(fā)生后影響癌癥發(fā)展的觀點，從而通過“漣漪效應”放大初始轉(zhuǎn)化命中的表型后果。在這種情況下，RBP主要作為致癌驅(qū)動突變的放大器。
圖1.癌癥中轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)的RNA結(jié)合蛋白（RBP）機制
基于正文中提供的一些實例描述了參與不同細胞癌過程的RBP介導的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)步驟的多樣性。選擇性剪接：在正常細胞中，QKI識別NUMB前mRNA中的特定序列，并通過與SRSF1競爭促進NUMB外顯子12跳躍。在癌細胞中，QKI經(jīng)常被下調(diào)，導致NUMB mRNA同種型的表達，外顯子12編碼能夠激活Notch途徑和細胞增殖的蛋白質(zhì)。聚腺苷酸化：CPEB4在癌細胞中過表達并誘導聚（A）尾伸長和TPA轉(zhuǎn)錄物的翻譯活化，其支持腫瘤生長，侵襲和血管形成。mRNA穩(wěn)定性：由富含AU的元件（ARE）結(jié)合蛋白（AUBP）介導的轉(zhuǎn)錄物穩(wěn)定性。在存在非特異性AUBP如HuR的情況下，抗凋亡的含BCL2ARE的mRNA被穩(wěn)定，誘導存活。在其缺失的情況下，轉(zhuǎn)錄不穩(wěn)定并通過涉及脫腺苷化[poly（A）尾部縮短]的過程進行靶向衰變。mRNA亞細胞定位：IMP1蛋白識別b-肌動蛋白mRNA的3’UTR中的特定序列，控制其在極化細胞中的轉(zhuǎn)運和隨后的翻譯。在正常條件下，IMP1與細胞核中的b-肌動蛋白mRNA結(jié)合并輸出到細胞質(zhì)中。核糖核蛋白復合物與細胞質(zhì)中的運動蛋白結(jié)合，并沿著細胞骨架運輸?shù)酵庵堋?div style="height:15px;">
