两个月内频登高分期刊,M6A凭什么如此受追捧?

来源:解螺旋
RNA的N6-methyladenosine(m6A)修饰是近年来才火热起来的一种调控真核细胞基因表达的机制。作为一种可逆的表观遗传修饰,m6A不仅在信使RNA中被发现,而且在非编码RNA中也存在,它影响着被修饰RNA分子的命运,在几乎所有重要的生物过程中都发挥着重要作用,包括癌症的发生。

这一研究领域也逐渐成了最近几年的国自然热点,2018年共中标64项,总额2858万元,2019年则飙升到133项,总额5414万元!2020年肯定还得持续火热下去!

(图片来自https://www.cityofhope.org/的介绍)
2020年3月,m6A研究领域内的大牛,陈建军教授Cell子刊《Cancer Cell》(影响因子=26.6)发表了题为《m6A Modification in Coding and Non-coding RNAs: Roles and Therapeutic Implications in Cancer》的综述论文。

本文综述了m6A修饰在肿瘤发病机制药物反应以及耐药中的病理作用和潜在的分子机制的最新报道,并讨论了靶向m6A调控因子在癌症治疗中的治疗潜力。

另外一篇于2020年4月发表在Nature子刊《Nature Immunology》影响因子=20.48),作者为来自以色列Weizmann Institute of Science的两位学着,Ziv Shulman和Noam Stern-Ginossar。 主要讨论了m6A在免疫过程中的作用。
这篇文章将结合以上两篇综述,主要从以下6个方面展开论述,其中第1、2、3、6点的内容来自于陈建军的综述,第4、5点内容来自于Ginossar教授的综述。

  1. RNA m6A修饰的调节和功能;
  2. m6A在肿瘤中的调节异常;
  3. m6A对肿瘤治疗的影响。
  4. 适应性免疫反应中的m6A机制
  5. 调节树突状细胞的m6A机制
  6. 总结和展望
(郑重提示,由于本文很长,中间可能有些地方figure很长,满屏了,不要以为后面就没有了)
接下来,本工将为大家对这篇综述进行一解读。



1.RNA m6A修饰的调节和功能

1.1 真核生物RNA的RNA m6A修饰

N6-腺苷酸甲基化(m6A)是腺苷位于6位的N发生甲基化,是信使RNA(mRNA)和非编码RNA(ncRNA)中广泛存在的修饰方式,是迄今为止研究较多的RNA修饰之一。

自从20世纪70年代首次发现m6A以来,m6A已被鉴定为大多数真核生物(包括哺乳动物、昆虫、植物、酵母和一些病毒)中最普遍的mRNA修饰。然而,由于缺乏分子生物学、定量和测序方法来全面研究转录组中的m6A修饰,这一领域在后来的几十年内都没有太大的进展。
2011年,FTO被确定为第一个m6A去甲基酶,这一发现表明m6A修饰是可逆和动态的,因此可能具有重要的功能。从那时起,几乎在所有主要的生物学过程、正常发育和疾病(包括癌症)都报道了m6A修饰的重要性。m6A在转录组(表位转录组)中的修饰图谱于2012年首次通过下一代测序(NGS)技术被描绘出来。

目前,
在大约三分之一的哺乳动物mRNA中发现了m6A,每个mRNA平均有3-5个m6A修饰,许多m6A位点于人类和小鼠而言在进化上是保守的,也就是说在两者上的修饰位点很相似。

m6A修饰在转录组中的发生并不是随机的,m6A修饰位点具有典型的识别序列——DRACH(D=G、A或U;R=G或A;H=A、C或U),并在编码序列区(CDS)和3’UTR中富集,尤其在终止密码子区域附近富集。

到目前为止,已经发展出了几种抗体依赖的(如MeRIP-seq和miCLIP)和非抗体依赖的(如MAZTER-seq、m6A-REF-seq和DART-seq)测序方法,这些技术使得在不同细胞环境中高分辨率地检测m6A表位和修饰组成为现实。这种基于NGS方法的出现促进了我们对这一表观遗传标记的理解。

目前已经清楚的是,
m6A几乎存在于所有类型的RNA上,包括mRNA、核糖体RNA(rRNAs)、长链非编码RNA(lncRNAs)、miRNAs、小核RNAs(snRNAs)和环状RNAs(circRNAs),并在许多生理和病理过程中受到动态性地调节,包括肿瘤的发生。
1.2 通过Writers和Erasers动态调节m6A修饰

与DNA和蛋白质的修饰相似,RNA可以分别通过甲基转移酶(也称为“Writers”)和去甲基酶(也称为“Erasers”)进行甲基化修饰和去甲基化修饰。作为已知的第一个可逆的mRNA修饰,m6A已经成为表位转录领域的一个主要热点,并且已经鉴定了m6A的一组Writer蛋白和Eraser蛋白(Figure 1)。


mRNAsm6A修饰的发生由多组分m6A甲基转移酶复合物(MTC)执行,MTC由核心成分METTL3/METTL14的异二聚体和其他调节因子包括WTAP、KIAA1429、ZC3H13和RBM15/RBM15B组成。

在这个复合物中,METTL3是唯一与甲基供体,S-腺苷蛋氨酸(SAM),结合并催化甲基转移的催化亚基,而METTL14能稳定METTL3构象和识别底物RNA来,对m6A的沉积起重要作用。

最近也有研究报道,METTL14可以识别组蛋白H3K36的三甲基化(H3K36me3)修饰,并介导m6A在mRNA沉积过程中的选择性。与H3K36me3的调节作用不同,一些转录因子,如ZFP217、SMAD2/3和CEBPZ,可以通过招募或排斥MTC来调节某些特定细胞环境中mRNAs中m6A的沉积。

虽然MTC催化了Poly(A)RNA中大部分m6A甲基化,但METTL16、ZCCHC4和METTL5也被鉴定为m6A甲基转移酶,它们可以单独作用并催化某些结构RNA上发生m6A修饰,如U6 snRNA、28S rRNA和18S rRNA。
RNA的m6A修饰可以通过依赖αKG和依赖Fe(II)的脱甲基酶去除,特别是FTO和alkB同源物5(ALKBH5),从而实现生理和病理条件下m6A甲基化的动态调节。作为人类发现的首个m6A去甲基化酶,FTO可介导mRNA中内源性m6A和5’ cap m6Am的去甲基化。

然而,到目前为止,在许多细胞类型中,包括急性髓系白血病(AML)细胞中,mRNA中的内源性m6A仍是FTO的主要底物。FTO通过促进AML细胞增殖抑制其分化发挥致癌作用,并在细胞质中广泛表达,可对胞浆中的m6A可显著地去甲基化,从而将FTO的致癌作用与胞浆中m6A去甲基化活性联系起来。

在其他情况下,FTO在细胞核内的功能作用仍然需要进一步的研究来解决。与FTO不同,ALKBH5似乎是m6A特异性的脱甲基酶(FTO不专一,浪)。

Writer和Eraser对于在人体组织和细胞中维持适当的m6A水平基因表达非常重要。m6A修饰沉积清除之间的动态平衡对于正常的生物过程和发育至关重要。

因此,Writer和Eraser的突变或失调通常与癌症等疾病有关,因为突变会导致m6A在具有关键生物学功能的RNA转录本中异常增加或减少。
1.3 m6A在mRNA命运决定中的多功能性

基因在表达过程中会受到不同水平的严格调控,包括转录、转录后、翻译和翻译后。m6A在转录过程中可沉积在RNA转录本上,通过改变RNA的结构或m6结合蛋白(也称为“Reader”)的特异性识别,在转录后影响基因的表达(Figure 2)。m6A的Writer和Eraser位于细胞核内,与mRNA剪接因子相关,这提示m6A与mRNA剪接的功能相关。


事实上,前体mRNAs(Pre-mRNAs)上的m6A可以招募剪接因子异质性核糖核蛋白A2/B1(hnRNPA2B1)或通过改变局部结构增加侧翼RNA序列对剪接因子异质性核糖核蛋白C(hnRNPC)和hnRNPG的可及性,这一机制被称为“m6A开关”。

另一方面,m6A也可以被Reader蛋白YTHDC1(YTH domain-containing protein 1)结合,YTHDC1招募剪接因子SRSF3(Serine And Arginine Rich Splicing Factor 3),但会排斥SRSF10来促进外显子能够被包含在靶向的mRNA中。YTHDC1还可影响m6A修饰的mRNA转录产物从细胞核到细胞质的输出过程。
细胞质中的RNA可以被装载在核糖体上进行主动翻译,也可以被分选到信使核糖核蛋白(mRNP)中心,如加工体(P-body)和应激颗粒中,以供降解或储存。与YT521-B同源(YTH)的结构域家族蛋白(YTHDFs)倾向于加速m6A修饰的mRNA在细胞质中的代谢。YTHDF1可选择性地识别m6A,并与启动因子eIF3相互作用,以促进启动mRNA的翻译和蛋白质合成。

相反,YTHDF2将m6A修饰的可翻译mRNA带到mRNA的衰变点(如P-body),并招募CCR4-NOT腺苷酸酶复合物来触发转录本的腺苷酸化和降解。另外,YTHDF3与YTHDF1可协同促进mRNA翻译,并通过与YTHDF2的相互作用促进被m6A修饰的mRNAs发生衰变。

与YTHDF2/3的不稳定功能不同,IGF2BP(Insulin-like growth factor-2 mRNA-binding protein)家族,包括IGF2BP1、IGF2BP2和IGF2BP3,通过与ELAVL1(ELAV like RNA binding protein 1,又称Hur)、Matrin 3(MATR3)和PABPC1(poly(A) binding protein cytoplasmic 1)相互作用,保护P-body和应激颗粒中m6A修饰的mRNA免于降解,并促进mRNA的翻译。

有趣的是,METTL3还可以作为细胞质中的Reader,促进m6A修饰的mRNA的翻译,而不依赖于其甲基转移酶的活性。由于m6A通常富集在终止密码子附近而远离翻译起始位点,因此m6A促进翻译起始的作用是通过闭环模型实现的,即mRNA 的成环是通过mRNA 5’端的真核翻译起始因子(eIFs)亚基与终止密码子附近的m6A位点结合的METTL3或YTHDF1之间的相互作用来介导的。另有研究报道,定位在 5’UTR的m6A可以通过招募eIF3a到附近的翻译启动点来促进不依赖cap的翻译(cap-independent translation)。

在翻译延伸过程中,虽然m6A修饰的密码子与未修饰密码子在氨基酸编码方面相同,但
m6A修饰mRNA起到了延迟tRNA调节的屏障作用,从而扰乱了翻译延伸动力学。
1.4 非编码RNA的m6A修饰

ncRNAs是一种内源性RNA分子,不能翻译成蛋白质,但具有特异性的基因表达调控功能,可将其分为长度超过200nt的lncRNA和长度小于200nt的小ncRNAs。除了可编码蛋白质的mRNAs外,在ncRNAs中也发现了m6A修饰,包括lncRNA和小ncRNA(如miRNA和snRNA),并且发现m6A修饰对它们的表达和功能都很重要(Figure 2B)。

将m6A定位于Poly(A) RNA时,可观察到lncRNAs中的m6A修饰。在没有编码能力的情况下,lncRNAs通过与RNA结合蛋白的相互作用,或与其他RNA之间的crosstalk,或染色质重塑来参与基因表达的调节。有研究报道称,对lncRNA进行m6A修饰会影响RNA与蛋白质的相互作用。

例如,MALAT1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1)是一种保守的lncRNA,它的突变或表达上调与肿瘤的发生和转移有关。MALAT1通常可发生高度的m6A修饰,MeRIP-seq和SCARLET的检测结果表明其具有多个m6A修饰位点。

其中两个m6A残基被报道可通过“m6A开关”机制防止RNA局部二级结构的形成,并通过“m6A开关”机制促进HNRNPC与MALAT1发夹中U5通道的识别和结合。

最近的研究发现,m6A还在lncRNA的RNA-RNA相互作用功能中发挥作用,例如可对小鼠大的基因间编码RNA(the large intergenic coding RNA) 1281(linc1281)进行内部m6A修饰,来隔离与多能性相关的let-7家族miRNA,以确保小鼠胚胎干细胞的特性。

另一方面,lncRNA也可以与m6A调节因子相互作用以促进其功能。例如,FOXM1-AS,FOXM1的反义lncRNA,可促进ALKBH5与FOXM1新生转录本之间的相互作用。耗竭FOXM1-AS和下调ALKBH5可调节FOXM1的甲基化和表达导致相同的表型。

类似地,Gas5-AS作为Gas5的反义lncRNA,通过与ALKBH5相互作用,调节Gas5的m6A修饰,从而增强Gas5的稳定性。这一现象表明,m6A调节功能可能是反义lncRNA作用的共同点。

miRNA是一类高度丰富的小分子非编码RNA,参与基因沉默或转录后基因表达调控。miRNA的初级转录本(pri-miRNA)是从DNA转录而来,经过一系列的切割形成发夹前体、前体miRNA(Pre-miRNA)和成熟的miRNA。

典型的m6A motif GGAC可富集在pri-miRNA中,但不存在于Pre-miRNA和成熟的miRNAs,其中大部分可以被细胞中的METTL3甲基化。带有m6A标记的pri-miRNAs可被hnRNPA2B1识别,并与DGCR8相互作用,促进miRNA的加工。因此,METTL3的敲除或过表达可导致的m6A修饰水平发生改变继而导致成熟miRNA的表达量发生显著变化。

CircRNA是一种新型ncRNA,与线性RNA不同,它通过反向剪接的方式形成一个共价闭合的连续环。最近,研究人员发现m6A修饰也广泛存在于circRNA中,且write和read机制与mRNAs相同。

然而,circRNA中的m6A富集模式与mRNAs存在不同,即在它相应的mRNAs的翻译起始位点就表现出富集(一般的mRNA终止密码子附近)。研究结果表明,YTHDF2对m6A所修饰的circRNA的识别并不会促进circRNA的降解,而是起到了调节mRNA稳定性circRNA免疫的作用。m6A还可以通过招募YTHDF3和启动因子eIF4G2来促进circRNA的蛋白质合成。

2.m6A在肿瘤中的调节异常

虽然m6A修饰没有改变碱基配对和编码,但它通过与不同的Reader蛋白和相关复合物相互作用,在多个水平上广泛影响基因的表达。因此,动态的m6A修饰对许多正常的生物过程至关重要,包括胚胎干细胞和造血干细胞的自我更新和分化、组织发育、昼夜节律、热休克或DNA损伤反应,以及性别决定。

最新报道的数据表明,m6A的整体丰度及其调控因子,包括WriterEraserReader的表达水平,在各种类型的癌症中往往会发生失调,因此m6A对于肿瘤发生、发展、转移以及耐药和复发都起着至关重要的作用(Table 1和Figure 3)。其他的细胞内事件(如导致m6A修饰位点增加或丢失的突变)和细胞外刺激也可能影响细胞内的m6A修饰水平,因此也与人类的肿瘤有关(Figure 4)。

2.1 肿瘤中整体m6A丰度的异常

最近在某些类型的癌症中报道了m6A整体丰度会发生异常的降低或升高,这种异常调节可能与肿瘤的进展和临床预后有关。例如,与正常对照组织相比,人胃癌组织中m6A在mRNA或总RNA中的整体m6A丰度显著增加(通过m6A斑点印迹或ELISA样的比色法检测)。

另一个研究小组发现,由于YTHDF2基因表达降低肝癌组织中mRNA表现为整体m6A丰度增加和mRNA表达量的增加。相比之下,Gu等人通过m6A斑点印迹分析、组织测序和免疫组织化学检测,人膀胱癌组织中m6A的整体丰度会显著降低,尤其是在较晚期的膀胱癌组织中。作者还发现,m6A丰度的降低与膀胱癌患者的不良预后有关。

此外,已有研究表明,m6A与药物反应相关,并且可能是白血病细胞化疗耐药的表观遗传驱动因素,而在使用酪氨酸激酶抑制剂(TKI)治疗过程中,m6A的甲基化水平随着FTO的表达上调而降低,从而获得对TKI耐受和生长优势。

2.2 肿瘤中m6A Writer的失调

METTL3在20多年前首次被鉴定为m6A甲基转移酶,后来发现其在人体组织中可广泛表达。然而,直到2017年,METTL3作为m6A甲基转移酶的作用才被发现与人类癌症有关。

据研究报道,METTL3在AML(急性髓性白血病)细胞中是一个必需的癌基因,它可以被CAATT-box结合蛋白CEBPZ募集到染色质上,诱导m6A沉积在相关的mRNA转录本上,如SP1和SP2。Vu等人另有报道称,METTL3在AML中高表达,并以一种m6A依赖的方式促进靶mRNA的翻译,包括MYC、BCL2和PTEN,在AML细胞的存活和白血病进展中发挥关键作用。

从那时起,METTL3的高表达和致癌功能在许多其他类型的癌症中被报道发现(Table 1),包括肝细胞癌(HCC)、肝母细胞瘤、胃癌、结直肠癌(CRC)、非小细胞肺癌(NSCLC)和膀胱癌(BLC)。

例如,METTL3被证明可通过YTHDF2依赖的机制抑制SOCS2的表达,从而促进HCC的生长和进展,并通过YTHDF1的介导来促进Snail mRNA的翻译,参与调节HCC细胞的上皮-间充质转化(EMT)。这两项研究都表明METTL3上调是HCC患者的不良预后因素。在胃癌中,METTL3水平升高也可以作为预后不良的独立预测因子。

研究人员也在大肠癌转移组织中发现较高的METTL3表达,且与预后不良相关,同时SOX2被确定为可被IGF2BP2稳定的下游靶点。另一个研究小组发现METTL3基因可甲基化pri-miR-1246以促进其成熟,从而证实了METTL3基因的表达与大肠癌转移的相关性。膀胱癌中也有METTL3的高表达及其不良预后影响的报道,其中METTL3可促进靶mRNA(如AFF4、MYC、CDCP1、ITGA6)或miRNAs(即pri-miR221/222)的甲基化。

有趣的是,METTL3在NSCLC中的致癌功能是比较复杂的,METTL3可以甲基化YAP mRNA,同时招募YTHDF1/3和eIF3b来促进YAP mRNA的翻译,或者可以与eIF3h相互作用,促进靶mRNA(如BRD4)的翻译,而不依赖于METTL3的酶活性。在卵巢癌(OVC)中,METTL3的不依赖酶活性的致癌作用也有报道。

与METTL3相似,METTL14也含有MT-A70结构域(即甲基转移酶结构域,MTD),并与METTL3形成异二聚体复合物。最近的结构生物学研究表明,METTL14的催化中心是退化的,因此不参与催化反应;相反,METTL14是稳定METTL3构象和底物RNA结合所必需的。作为甲基转移酶复合物(MTC)的重要组成部分,METTL14也被证明会发生过表达,并在各种类型的癌症中发挥重要作用。

2018年,Weng等人首次报道METTL14可过表达并在AML的发生和发展过程中发挥重要的致癌作用。METTL14的缺失抑制了白血病干细胞/起始细胞(LSCs/LICs)的自我更新,促进了AML细胞的髓样分化,主要是通过减少其靶mRNA MYB和MYC上的m6A丰度,从而负向调控其mRNA的稳定性和翻译。

在正常造血过程中,Mettl14在小鼠造血干细胞中高表达,在骨髓形成过程中表达下调,尤其是在成熟的髓系细胞中;敲除Mettl14可适度抑制小鼠造血干细胞的自我更新,促进髓系分化。在乳腺癌细胞中,METTL14和ALKBH5被发现可以控制彼此的表达,并通过控制关键的EMT和血管生成相关基因转录本中的m6A水平来发挥促癌功能。

WTAP被鉴定为m6A甲基转移酶复合体的一个组成部分之前,被证明在AML中上调并作为癌基因发挥作用。最近,WTAP在HCC中的一个m6A相关功能也得到了报道,WTAP上调并通过huR-ETS1-p21/p27轴促进肝癌的发展。MTC的另一组分——VIRMA,在HCC中的表达也高于正常肝组织,并通过调节ID2的mRNA或GATA3的pre-mRNA以m6A依赖的方式促进HCC的迁移和侵袭。

相反,METTL3在肾细胞癌和子宫内膜癌中具有抑瘤作用,肿瘤组织中METTL3的表达低于邻近的非肿瘤组织,并导致AKT信号通路激活,使得这类肿瘤细胞的增殖性和致瘤性增加。不同研究团队之间对METTL3在胶质母细胞瘤(GBM)中的作用仍有争议,这可能是由于原始样本的来源不同所致,这也反映了GBM的异质性。

同样,在另外几种类型的癌症中,METTL14也被证明是下调的,并显示出抑制肿瘤的作用。人子宫内膜癌组织中METTL14存在热点R298P突变,导致患者子宫内膜肿瘤组织中m6A mRNA甲基化降低,可能促进子宫内膜癌细胞的致瘤性。肝癌组织中发生METTL14和m6A水平降低,提示肝癌具有较高的转移能力。

在膀胱癌中也观察到了METTL14表达下调和全局m6A丰度的降低,并且与膀胱癌患者预后不良和疾病分期较晚相关。METTL14通过m6A依赖的机制在转录后抑制NOTCH1的表达,从而抑制膀胱肿瘤启动细胞的自我更新和膀胱肿瘤的发生。此外,METTL14的下调和肿瘤抑制作用(类似于METTL3)在GBM中也有报道。
2.3 肿瘤中m6A Erasers的失调

FTO是第一个被发现的RNA m6A修饰的去甲基化酶,尽管研究已经证明它对RNA和DNA其他类型的修饰也表现出了催化活性。FTO作为一种m6A去甲基化酶在肿瘤中的病理功能是在AML中首次被报道的,并发现FTO在AML中高表达。

研究表明,FTO是通过降低ASB2和RARA mRNA转录本上的m6A丰度来破坏ASB2和RARA mRNA的稳定性,从而促进白血病的发生和抑制全反式维甲酸(ATRA)介导的白血病细胞分化。

进一步的研究发现FTO是R-2HG(R-2-hydroxyglutarate)的直接靶标,R-2HG是突变的IDH1/2酶产生的高水平代谢产物。R-2HG可抑制FTO活性,导致m6A丰度增加,MYC和CEBPA mRNAs稳定性降低,从而导致白血病细胞生长抑制、细胞周期阻滞和凋亡,从而显示出内源性/固有性的(intrinsic)抗白血病活性。FTO的致癌功能在实体肿瘤中也有报道,如GBM、乳腺癌和黑色素瘤。

FTO抑制剂——MA2对FTO的抑制作用与METTL3过表达可抑制异种小鼠GBM干细胞(GSC)生长和自我更新,以及与抑制肿瘤进展有关。在乳腺癌中,FTO通过对BNIP3 mRNA的负调控促进癌细胞增殖和转移,FTO的高表达与预后不良有关。最近的研究表明,代谢应激可通过自噬和NF-kB途径在黑色素瘤中诱导FTO,导致人黑色素瘤中FTO的表达高于正常皮肤组织,高水平的FTO促进了裸鼠黑色素瘤细胞的生长。

ALKBH5与FTO同属Fe(II)/aKG双加氧酶的AlkB亚家族,是第二个被发现的RNA m6A去甲基酶。ALKBH5在被鉴定为m6A的Erasers后不久,被发现参与了缺氧肿瘤微环境中乳腺癌干细胞(BCSCs)的富集。在低氧条件下,可通过缺氧诱导因子依赖的方式诱导乳腺癌细胞表达ALKBH5,导致NANOG mRNA中m6A丰度降低,该多能因子的蛋白水平升高,从而引起BCSCs富集。

另一项研究表明ALKBH5在GSCs中高表达,其高表达水平与GBM患者的不良预后之间存在相关性。用培养的人GSC和异种移植模型进行的体外和体内实验表明,ALKBH5对GSC的增殖和自我更新是必需的。

有趣的是,FOXM1-AS,一种以FOXM1的反义方向转录出来的可结合染色质的lncRNA,可促进ALKBH5招募到它的靶转录物——FOXM1中。ALKBH5可使FOXM1 Pre-mRNA发生去甲基化,促进其与HuR结合,增加了FOXM1 Pre-mRNA的稳定性,增强了FOXM1蛋白的表达,这对维持GSC的致瘤性至关重要。

最近的一项报道研究了RNA的m6A 修饰在膀胱癌中的作用,与METTL3相反,ALKBH5通过依赖m6A的转录后调控抑制膀胱癌细胞的生长和进展,抑制ITGA6的表达。在胰腺导管腺癌(PDAC)中,ALKBH5还通过减少对WIF-1 RNA的m6A修饰和介导Wnt信号转导,它的高表达也使得PDAC细胞对化疗敏感而发挥抑瘤作用。
2.4 肿瘤中m6A Readers的失调

m6A的reader蛋白可通过控制被修饰RNA的命运来介导m6A修饰的效果。因此,reader蛋白的调控紊乱可能会导致对被修饰RNA的异常处理,从而导致RNA代谢的紊乱。作为第一个被报道的m6A reader,YTHDF2已经在各种癌症类型中得到了广泛的研究,并被证明在大多数癌症中发挥致癌作用。

在前列腺癌中,YTHDF2在癌组织中较癌旁正常组织表达上调,miR-493-3p是YTHDF2的负调控因子,抑制miR-493-3p可阻断YTHDF2基因下调时对前列腺癌细胞增殖和迁移的抑制作用(这个意思有点绕口,其实就是抑制miR-493-3p会促癌)。

AML中METTL3和METTL14的上调趋势一致,YTHDF2在AML样本中的表达高于健康对照组,在具有白血病干细胞(LSC)活性的AML细胞中的表达量高于不具有LCS活性的AML细胞。

此外,YTHDF2通过缩短对LSC功能重要的且被m6A修饰的转录本的半衰期,对AML的发生和增殖起着关键作用。然而,已有报道YTHDF2在HCC中可同时发挥致癌和抑瘤作用。通过免疫组化染色检测YTHDF2在临床肝细胞癌组织中的表达,发现YTHDF2的表达与HCC的恶性程度有关,并且受miR-145负调控,miR-145是一种在HCC患者中下调的miRNA。

相比之下,Zhong等人的研究结果表明,在低氧环境下肝癌细胞中的YTHDF2表达被抑制,上调YTHDF2的表达后,可通过直接结合在EGFR 3’UTR的m6A修饰位点,促进EGFR mRNA的降解,并在体内外抑制肝癌细胞的增殖和生长。

根据TCGA数据库,在所有YTH家族蛋白中,YTHDF1是唯一一个在大肠癌样本中表达量高于正常组织的蛋白。YTHDF1高表达的大肠癌患者总体生存率较低,提示YTHDF1可作为影响和监测预后的因素。YTHDF1在大肠癌中的高表达可能与癌基因MYC蛋白的DNA拷贝数扩增或潜在的转录调控有关。

同样,YTHDF1在肝癌中高表达也是肝癌患者的不良预后因素。最近的一项研究发现YTHDF1是在低氧适应过程中进化最快的基因之一,它在藏族家畜中的表达量比平原地区的其他哺乳动物要低。此外,YTHDF1在NSCLC中扩增,对NSCLC细胞增殖、异种移植瘤的形成和肺癌进展起关键作用。
令人惊讶的是,还发现YTHDF1的低表达使癌细胞对顺铂产生耐药性,导致病人的临床预后更差。这项研究着重强调了YTHDF1低氧适应和非小细胞肺癌发病机制中的重要作用。

其他YTH家族蛋白在癌症中的失调也有报道。YTHDC2的表达与结肠癌的分期(包括转移)呈正相关,YTHDC2的高表达可能通过促进HIF-1a的翻译启动而促进结肠癌的转移。最近的研究在CRC中发现了GAS5-YAP-YTHDF3负反馈环路,与YAP相互作用的lncRNA GAS5可以直接与YAP结合,促进其磷酸化和泛素化介导的降解,导致由YAP介导的YTHDF3的转录减少,GAS5随后从YTHDF3介导的m6A依赖的衰变中释放出来。

由于YTHDF3在大肠癌组织中的表达水平明显高于相应的正常组织,这个负反馈环维持了YTHDF3的表达,并确立了YTHDF3在大肠癌进展中的关键作用。虽然IGF2BP1/2/3蛋白最近才被鉴定为m6A的reader,但之前就已经观察到它在各种癌症中表达量的增加。

其中IGF2BP1和IGF2BP3是癌胚蛋白,由肿瘤和胎儿组织产生,但在成人组织中表达下调。所有IGF2BP蛋白均可通过与包括MYC在内的靶转录物上的m6A位点结合来稳定这些mRNA并促进其翻译,从而促进肝癌细胞和宫颈癌细胞的增殖、集落形成、迁移和侵袭。

最近的研究表明,IGF2BP1通过抑制miRNA介导的SRF mRNA的降解,以m6A依赖的方式促进SRF的表达,从而增强SRF依赖的转录活性,促进肿瘤细胞的生长和侵袭。胃癌组织中IGF2BP3的表达明显高于配对正常胃粘膜,且IGF2BP3与HDGF mRNA中m6A位点的结合增强了其mRNA的稳定性,导致HDGF表达和分泌增加,进而导致胃癌肿瘤组织的生长和肝转移。

此外,IGF2BP还被证明可与ncRNAs结合,如lncRNAs。据报道,IGF2BP2上调与胰腺癌患者的不良预后相关,它通过与m6A修饰的lncRNA DANCR结合来稳定DANCR。IGF2BPs在肿瘤中是否通过m6A依赖的方式识别其他ncRNAs,以及其功能后果如何还有待进一步研究。
2.5 肿瘤中m6A位点的突变

目前的研究表明,m6A的调节因子,特别是Writer和Eraser的失调,会导致关键转录本中发生异常的m6A修饰,并在转录后异常调节癌症相关基因的表达。因此,有理由推测这些转录本的m6A修饰位点的突变可能会干扰m6A的沉积,从而在癌症中发挥作用。

例如,TP53的pre-mRNA第273个密码子上G>A突变(导致蛋白质发生R273H突变)被发现会以m6A依赖的方式赋予结肠癌细胞耐药性。第273个密码子上的腺苷被METTL3甲基化,导致pre-mRNA发生选择性剪接和R273H突变型p53蛋白的产生,从而导致结肠癌细胞发生获得性多药耐药。

最近,一项大规模的人群研究发现了一种错义变异,即位于ANKLE1外显子的rs8100241变异,在结直肠癌中G>A改变(导致发生Ala>Thr的改变),并表明它与降低结直肠癌的风险有关。从机制上来说,与rs8100241[G]等位基因相比,rs8100241[A]等位基因可以被m6A MTC甲基化,并被YTHDC1识别,从而增加ANKLE1的蛋白表达,ANKLE1是一种潜在的肿瘤抑制因子,可通过维持基因组的稳定来抑制细胞增殖。

除了由于肿瘤突变而获得新的m6A位点外,也可能存在导致m6A修饰丢失的突变,并促进癌症的发展和影响药物反应。一些结合了m6A位点信息和SNP信息的在线工具可以帮助研究肿瘤中功能性的m6A位点突变(之前推送的文章里就有:这两个工具的路子有多野?有人靠它蹭热点发文章、拿国自然!)。同样重要的是,高分辨率的m6A测序方法可以更准确和全面地了解每种癌症类型和相应的正常组织中的m6A甲基化情况。
2.6 外部刺激对m6A表观转录组的影响

根据NIH/NCI/NIEHS的一份报告估计,暴露在包括烟雾、酒精、辐射、环境化学品和病毒在内的各种环境因素中所导致的癌症病例,至少占美国所有癌症病例的三分之二。除了细胞内的事件,如m6A调节因子的失调和m6A位点的突变,外部环境刺激也被证明可调节m6A的修饰并促进癌症的发展。

化学致癌物可以导致癌症易感基因的突变和/或诱导表观遗传改变,从而促进致癌的转化过程。用亚砷酸钠长期处理的人支气管上皮细胞表现出明显的m6A修饰变化,并转化为恶性表型,这种改变可通过沉默METTL3而显著逆转。

在另一项研究中,不同类型的人类上皮细胞被化学致癌物转化,包括镉(Cd)、3-甲基胆蒽和镍(Ni),并表现出了m6A丰度的动态变化。相关的机制研究证实癌基因CDCP1是化学性致癌过程中重要的m6A靶点,这提示METTL3-m6A-CDCP1轴可能成为治疗化学性致癌的潜在靶点。

最近有报道认为m6A修饰参与了香烟诱导的癌症的发生。永生化的人胰管上皮细胞或胰腺癌细胞暴露于香烟烟雾冷凝物中,可引起METTL3启动子区域的低甲基化和NFIC转录因子的募集,从而诱导METTL3的表达。高水平的METTL3可显著促进pri-miR-25发生m6A修饰,并导致成熟的miR-25-3p表达量增加,从而抑制PHLPP2 mRNA的表达,并激活致癌的AKT-p70S6K信号,促进PDAC的发生和发展。

EBV(Epstein-Barr virus)是第一个发现的人类致癌病毒,并引起了大约2%的人类癌症类型的发生。最近的研究表明,EBV潜伏蛋白EBNA3C可以激活METTL14的转录,并通过与宿主细胞中的METTL14直接相互作用来提高METTL14蛋白的稳定性。在EBV潜伏感染细胞中METTL14的表达增加,通过m6A依赖的机制重编程表位转录组,上调包括EBNA3C在内的基本EBV潜伏抗原,从而促进EBV介导的肿瘤发生。

3.m6A对肿瘤治疗的影响

3.1靶向m6A调节基因的肿瘤治疗方法

FTO作为第一个被发现的m6A去甲基酶重振了该领域的研究,自那时起,FTO一直是开发抗m6A调节因子用于癌症治疗的最具吸引力的靶点。Mo-I-500可选择性抑制FTO的m6A去甲基酶活性,并能抑制三阴性炎性乳腺癌细胞系的存活和/或集落形成。

甲氯芬酸(MA)是一种非甾体抗炎药,比起抑制ALKBH5,它能更能特异性地抑制FTO,并进一步发现它能抑制GBM细胞的生长和存活。IDH1/2突变体的主要代谢产物——R-2HG是一种FTO抑制剂,可直接与FTO结合,抑制其m6A去甲基酶活性,从而抑制白血病细胞的生长/存活和白血病的进展。最近,研究人员开发了一种更有效的FTO抑制剂——FB23-2,它能显著抑制异种移植小鼠的AML进展。

当癌细胞对包括化疗、放射治疗和靶向治疗在内的治疗产生耐药性时,就会发生肿瘤治疗耐药性,并导致治疗的失败和/或癌症复发。目前,治疗肿瘤耐药的机制各不相同,包括针对癌细胞的遗传和/或表观遗传变化,癌细胞所处的微环境,以及少数自我更新、耐药的癌症干细胞。研究表明,m6A调节因子的功能失调可在各种类型的癌症中发挥重要作用,提示m6A修饰可能参与了肿瘤耐药性的形成。

事实上,据相关研究报道,FTO通过减少b-catenin mRNA中m6A的丰度来增强宫颈鳞状细胞癌的放化疗耐药性,而在发生BRCA突变的上皮性卵巢癌中,由于FTO和ALKBH5的下调而增强了FZD10 mRNA中的m6A修饰,这可能导致对PARP抑制剂的敏感性降低。

此外,有FTO上调和m6A低甲基化的白血病细胞表现出更强的TKI耐受性和生长优势,这是由于那些与增殖/生存相关的转录本在发生m6A修饰后,mRNA的稳定性增强所导致的。这些数据表明,m6A RNA修饰信号可以作为癌症个性化治疗的预测标志,并揭示了通过调节m6A相关途径来克服肿瘤耐药性的可能性(Figure 5)。

令人鼓舞的是,概念性的验证研究结果已经出现并支持了这一观点。在AML中,敲降METTL14或FTO可使白血病细胞对分化诱导剂ATRA敏感。R-2HG通过抑制FTO信号通路,使AML细胞对ATRA、5-氮胞苷(5-Aza)、地西他滨(DAC)、柔红霉素(DNR)、阿糖胞苷(Ara-C)等一线药物的敏感性提高,并使GBM细胞对替莫唑胺(TMZ)增敏。

此外,沉默METTL3基因,可导致GSC对γ射线的敏感性增强(METTL3通常在GSC和GBM肿瘤中表达上调,并与GBM的较低存活率相关)。同样,METTL3缺失的胰腺癌细胞对抗癌药物或治疗更敏感,包括吉西他滨、5-氟尿嘧啶(5-FU)、顺铂和放疗。
3.2 m6A与肿瘤免疫治疗

免疫系统是防止感染和疾病的宿主防御系统。近年来的研究表明,RNA m6A修饰参与了免疫系统的发育和免疫应答的诱导过程。当METTL3被敲降时,可观察到淋巴细胞的稳态发生显著改变,T细胞的被稳态扩增被抑制,并保持在幼稚状态。

从机制上METTL3缺失导致CD4+T细胞m6A水平降低,Socs1、Socs3和Cish的mRNA稳定性和蛋白表达水平升高,从而负调控CD4+T细胞的IL-7信号转导。

另一项研究揭示了m6A在树突状细胞激活过程中的作用,其中Mettl3介导的对CD40、CD80和TLR4信号接头——Tirap转录本的m6A修饰,增强了它们在树突状细胞中的翻译,从而增强了TLR4/NF-kB信号诱导的细胞因子的产生和所刺激T细胞的激活。

最近,有两个研究小组独立报道了m6A修饰在控制对dsDNA或病毒的先天免疫反应中的作用。卢比奥等人研究发现,与耗竭ALKBH5相反,敲降METTL14可减少人巨细胞病毒(HCMV)在宿主细胞中的复制,并刺激了dsDNA或HCMV诱导的干扰素β1(IFNB1)mRNA的产生和稳定。

类似地,据Winkler等人报道,病毒感染后METTL3或YTHDF2的缺失以m6A依赖的方式稳定了IFNB1 mRNA,随后导致病毒在宿主细胞中的传播受到抑制。有趣的是,内源性的人circRNA是被m6A修饰的,并且可以被YTHDF2识别,YTHDF2隔离了的被m6A修饰的circRNA,这是抑制天然免疫所必需的;而外来的circRNA没有m6A修饰,可以诱导抗原特异性T细胞活化、抗体产生和抗肿瘤免疫。

免疫疗法作为一种新型癌症治疗策略,它可刺激并提高免疫系统对抗癌细胞的天然能力。近年来的研究发现,YTHDF1通过调节溶酶体蛋白酶的表达,以一种m6A依赖的方式调控抗肿瘤免疫,提高免疫治疗水平。YTHDF1可以识别m6A标记的编码溶酶体蛋白酶的转录本,增加其在树突状细胞中的翻译,而Ythdf1的缺失又可增强体内肿瘤抗原的交叉呈递和CD8+T细胞的交叉激活。此外,Ythdf1缺失还可增强PD-L1检查点阻滞的治疗效果

在黑色素瘤中,FTO水平的增加可通过减少PD-1(PDCD1)、CXCR4和Sox10中的m6A修饰并阻止YTHDF2介导的RNA降解来促进肿瘤的生长。体外通过敲除黑色素瘤细胞中的FTO使肿瘤细胞对干扰素γ(IFNG)增敏,并增强小鼠黑色素瘤对抗PD-1抗体的应答。这些数据都提示:将对m6A调节因子的调节与抗PD-1/PD-L1阻断相结合可以提高抗癌免疫治疗效果(Figure 5)。

4.适应性免疫反应中的m6A机制

免疫系统产生的细胞可以在全身循环,保护身体免受微生物的侵袭。这些细胞在获得效应功能的过程中经历了渐进的发育阶段。获得性免疫反应是免疫系统的重要部分,专门负责清除特定病原体和建立持久的免疫记忆,涉及多种细胞类型之间错综复杂的交流。m6A调节获得性免疫的机制是一个新兴的研究领域。METTL3缺失对胚胎是致死性;因此,为了研究m6A在体内免疫细胞中的作用,研究人员使用了条件性的基因敲除系统。

Vav1在所有免疫细胞中都有表达,其中Cre重组酶在Vav1启动子下的表达被广泛用于研究免疫应答。然而,在Vav1-CRE小鼠品系中缺失METTL3会产生不能存活的后代。因此,研究人员使用了在细胞特异性启动子(如CD4、CD11C和Foxp3)下表达Cre重组酶的转基因小鼠。值得注意的是,在这些小鼠模型中,仍然可以检测到相当高水平的m6A,这可能反映了METTL3的不完全缺失。

第一个研究m6A在免疫细胞中的功能的研究集中在它在CD4+T辅助细胞中的作用。针对CD4+T细胞缺失METTL3基因对它们在胸腺中的生成和成熟没有重大影响,这一过程高度依赖于T细胞受体(TCR)的刺激,以及多种共刺激信号。

m6A机制在CD8+T细胞的胸腺发育过程中的作用尚不清楚,需要进一步研究。此外,有METTL3缺陷的CD4+T细胞在体外能够对TCR刺激做出反应,这表明在这种条件下,基本的TCR机制和下游信号转导不依赖于m6A的修饰。然而,不能排除m6A机制在体外或体内暴露于病原体后对同源抗原识别反应的TCR信号转导中的作用。尤其是,在CD8+T细胞中,mRNA甲基化在TCR信号转导中的作用尚不清楚。

通过敲除METTL3的模型小鼠中,循环幼稚细胞比例高于野生型小鼠。在自发性结肠炎模型中,将CD4-CRE METTL3fl/fl T细胞过继转移到RAG2基因缺陷小鼠体内,发现活化的CD4+T细胞数量较少,表明m6A在维持幼稚细胞处于静止状态方面起到了作用。

在这种情况下,缺乏METTL3的T辅助细胞在淋巴细胞减少的条件下不能增殖,也不能分化成引起结肠炎的致病效应T细胞。同时,缺乏METTL14的T细胞也会表现出相同的表型。IL-7对T细胞的稳态和增殖是必不可少的,而METTL3缺陷型T细胞的表型与过继转移到IL-7缺陷小鼠的CD4+T细胞的表型有着惊人的相似之处。

SOCS基因家族的成员作为接头分子与包括IL-7受体在内的细胞因子受体相结合,并阻止STAT5激活和下游信号转导。在SOCS基因缺失的情况下,T细胞对IL-7信号高度敏感,而这些基因的过度表达抑制了依赖IL-7的T细胞存活。

此外,SOCS基因属于即刻早期基因,是一组可对急性信号快速响应而启动转录的基因。这些基因的特点是mRNA半衰期短,而且这组基因中的许多转录本都是甲基化的,这表明即刻早期基因的降解可能受到m6A介导的机制来调节。与这些观察结果一致的是,SOCS基因Socs1、Socs3和Cish的mRNAs会被m6A标记,并且在缺少METTL3的辅助性T细胞中表现出较慢的mRNA降解和较高的蛋白表达。

此外,较高的SOCS表达可能会阻碍那些需要经过IL-7受体的信号转导(图三)。总体而言,这项研究揭示了m6A在淋巴细胞功能中的关键作用,并认为这种作用是通过调节SOCS mRNA的稳定性来实现的。而体内的TCR信号是否也受到m6A机制的影响还有待进一步研究。

CD4+调节性T细胞(Treg)是CD4+T细胞分化的一个亚群,它可介导对免疫细胞功能的负调节,防止发生自身免疫性疾病。这一细胞谱系的标志是转录因子Foxp3,它对细胞的发育和功能至关重要。Treg可表达大量的IL-2受体α链,激活STAT5,这一通路是其发挥抑制功能所必需的Treg细胞缺乏METTL3(Foxp3-CRE品系)的小鼠会患上严重的自身免疫性疾病,并在出生几周后死亡。

这些小鼠可产生数量正常的Foxp3+ Treg细胞,但这些细胞不能发挥它们的抑制功能。与在CD4+T细胞中被敲除一样,在Treg细胞中特异性的敲除METTL3会导致SOCS基因家族mRNAs含量增加。因此,在Treg细胞中,m6A机制通过SoCS mRNA的衰减实现有效的IL-2受体信号传递,从而促进Treg发挥抑制功能(图三)。


从这些研究中可以引出的一个有趣的问题,为什么需要通过促进mRNA降解作为控制SOCS基因表达的一种机制。SOCS家族基因可负向调节炎性细胞因子信号,从而防止免疫系统不必要的激活。

因此,有可能在炎症条件下对细胞因子刺激做出快速反应,使SOCS迅速降解。然而,IL-7不是一种经典的炎性细胞因子,因此,在稳态条件下,IL-7信号很可能必须越过SOCS依赖的调节检查点才能支持稳态增殖。

另一种调节Treg细胞能力(fitness)的机制涉及miR-155,这是一种也可以限制SOCS1 mRNA水平的microRNA。虽然m6A和miR-155都以SOCS1mRNA为靶标,但它们两者似乎并不是多余的,研究这些通路如何相互作用以实现最佳的SOCS1抑制效果将是一个很有意思的方向。

5.调节树突状细胞的m6A机制


淋巴结和脾是初始T细胞与抗原提呈细胞(APC)相互作用的主要部位,APC在其表面提供同源多肽。激活T细胞的主要APC是树突状细胞(DC),它是一种固有免疫细胞,具有能有效摄取、处理和提呈细胞表面抗原的能力。

幼稚T细胞是一种高度能动性的细胞,它不断地在血液中循环,并迁移到淋巴器官,寻找提呈同源抗原的树突状细胞。一旦遇到抗原,T细胞就会停止运动,并与DC形成免疫突触。除了抗原递呈,DC上的共刺激分子与其T细胞上的配体之间的相互作用也有助于T细胞的适当激活。

包括METTL3在内的m6A writer复合体在成熟DC中的表达水平高于未成熟DC。同样,在脂多糖(LPS)处理的牙髓细胞中,METTL3的表达上升,这些细胞很可能含有许多抗原递呈的DC,以及其他免疫细胞类型。DC中METTL3的缺失导致其在LPS刺激下成熟受阻,共刺激分子CD40、CD80和炎性细胞因子的表达减少,诱导T细胞应答的能力降低。通过shRNA敲除YTHDF1也会降低这些共刺激分子的表达;然而,在用FLT3配体刺激YTHDF1缺陷小鼠来源的DC时没有观察到这些缺陷。

因此,共刺激分子CD40和CD80的最佳表达状态依赖于m6A,但其效应可能与上下游信号有关。此外,脂多糖介导的DC激活还依赖于TLR4接头分子(adaptor)TIRAP(也称为Mal)的表达,该接头受METTL3功能调节。因此,m6A的修饰对于DC的成熟和T细胞启动分子的有效翻译是必需的(图四)。然而,位于体内不同微环境中的DC或其他DC激活信号的适当成熟和表达共刺激分子可能并不依赖于m6A机制。

在针对细菌的免疫反应中,依赖METTL3的机制可能会增强DC的成熟和启动效率。此外,CD40的高表达有可能影响免疫耐受诱导和抗原特异性T细胞激活之间的平衡。这一m6A调节机制是否为TLR4所特有,或者其他诱导APC成熟的模式识别受体,如TLR2,是否也可表现出类似的依赖性还有待确定。

在小鼠身上的研究和临床试验表明,内源性T细胞具有识别肿瘤来源的抗原并促进清除恶性细胞的能力。肿瘤特异性T细胞由肿瘤相关树突状细胞(DC)激活,DC摄取肿瘤抗原后将其呈递给CD8+T细胞。APC在主要组织相容性复合体(MHC)I类分子上结合、处理和呈递细胞外抗原的一连串事件称为抗原交叉递呈。

在黑色素瘤或结肠肿瘤中,肿瘤浸润性树突状细胞在缺乏YTHDF1的情况下的抗原交叉提呈更有效,而成熟的Ythdf1缺陷树突状细胞在体外和体内都可比野生型细胞更有效地激活T细胞。树突状细胞中Ythdf1的缺失被发现会减弱吞噬小体和溶酶体途径相关基因的翻译,包括组织蛋白酶家族成员的酶。这些酶可以降解吞噬小体中的蛋白质,从而通过在DC摄取后通过破坏抗原来限制抗原的交叉呈递。

这种组织蛋白酶蛋白在Ythdf1缺乏的DC中的低表达使得抗原降解速度较慢,从而更有效地向CD8+T细胞的交叉提呈(图四)。此外,用抗PD-L1抗体治疗小鼠后,Ythdf1缺陷型树突状细胞激活的CD8+T细胞清除肿瘤细胞的能力得到进一步增强。总体而言,m6A在DC从未成熟细胞转变为有效的T细胞激活剂的过程中起着重要作用。

6.结论与展望

在过去的几年里,人们对m6A修饰在癌症中的作用进行了广泛的研究,从而积累了大量的实验数据,并增加了对m6A修饰及其相关机制在各种类型癌症中的作用的认识。现已清楚的是,在各种类型的癌症中,m6A的整体水平和m6A调节因子(writer、eraser和reader)的表达都是失调的,它们的失调可能与癌症患者的耐药性和预后有关。

越来越多的证据表明,m6A调节蛋白可通过调节癌症的表位转录组,在各种类型的癌症中发挥重要的病理作用(更多的是促癌)。值得注意的是,在某些类型的癌症中,如急性髓系白血病、乳腺癌、肺癌和胃癌,m6A 的Writer和Eraser基因都异常高表达,并发挥着重要的致癌作用。

虽然其潜在的分子机制尚未完全了解,但已有的结果表明,writer或eraser异常表达导致的表观编码组的失调可能会导致相似的表型。由于m6A的writer和eraser在这类癌症中都高表达,m6A整体丰度的临床意义可能不是很显著。

相反,某些特定转录本或转录本位点的m6A修饰(或signatures)在癌症诊断、分类和预后方面可能是更好的生物标志物。由于目前现有的全转录组范围的m6A-seq方法通常需要较大的RNA样本量(例如,>20 mg总RNA),因此由于患者原始样本组织量的限制,很难对大量患者进行m6A-seq。

因此,迫切需要改进的m6A-seq技术,使这种技术只需要更少的RNA样本量并提供碱基级分辨率的m6A数据。利用这种改进的m6A-seq技术,我们可以对宝贵的患者样本甚至有限的原发肿瘤干细胞或肿瘤起始细胞进行m6A图谱分析。除癌细胞外,从癌症患者血浆中收集的cell-free循环RNA也可用于m6A-seq,特异性的m6A标记可作为临床上的生物标志物。

目前为止,更多的研究工作集中在对肿瘤中m6A修饰的mRNA靶点的鉴定上,而m6A对ncRNAs的修饰研究较少,因此也是未来的研究方向之一。研究m6A修饰如何影响ncRNAs的产生、细胞定位、功能,以及这些过程如何与癌症相关,将极大地提高我们对m6A的细胞功能以及目前还未被认识的ncRNAs功能的理解。

最近,在染色体相关调控RNA(carRNA)上发现了m6A修饰,包括启动子相关RNA、增强子RNA和重复RNA,并被证明可调节染色质状态和转录。这些carRNA是否在癌症中起作用仍然是一个未解之谜,值得进一步研究。鉴于m6A修饰和调节因子在各类癌症中的功能重要性,靶向调节失调的m6A调节因子可能是治疗癌症的一种新策略。

事实上,目前已有一些研究已经表明,通过小分子抑制剂靶向调节失调的m6A调节因子具有治疗癌症的潜力。一些小型制药或生物技术公司已经着手开发能高效且具有选择性地针对m6A调节因子的小分子抑制剂,这些靶点包括有METTL3、METTL14和FTO。除了可直接靶向m6A调节蛋白的小分子化合物外,基于PROTAC(蛋白水解靶向嵌合体)的抑制剂也可以被开发出来选择性地降解已发生失调的m6A调节蛋白来用于癌症治疗。

此外,由于m6A修饰在介导肿瘤对化疗、放疗和免疫治疗的反应中也起着重要作用,针对m6A调节因子的靶向治疗也可以与化疗、放疗或免疫治疗联合应用于临床,从而在不久的将来实现更好的癌症治疗效果。此外,与基因编辑的原理类似,也可以开发表位转录组编辑来恢复或移除癌症中突变或失调功能所必需的m6A位点,这种编辑也可能在未来的癌症治疗得到应用。

总之,肿瘤中m6A修饰的研究是癌症研究的一个新的前沿领域,它不仅揭示了癌症中新的表观遗传调控,从而为肿瘤发生、免疫反应和耐药的分子机制提供了新的见解,而且还将有助于开发有效的新疗法。通过有效的抑制剂来靶向调节失调的m6A调节因子(或通过靶向表位编码组的编辑来纠正突变或功能失调的m6A位点),或者与其他治疗药物和方法联合使用,可能在治疗各种类型的癌症,尤其是针对那些对现有治疗方法具有耐药性的癌症具有可观的治疗潜力。
封图来源:网络

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