直腸癌是指從齒狀線至直腸乙狀結腸交界處之間的癌,是消化道最常見的惡性腫瘤之一。直腸癌位置低,容易被直腸指診及乙狀結腸鏡診斷。但因其位置深入盆腔,解剖關系復雜,手術不易徹底,術后復發率高。YAP活化是結直腸癌(CRC)等腫瘤發生發展的關鍵因素。然而,目前尚不清楚N6-Methyl腺苷(m6A)是否修飾了lon的轉錄本。 G非編碼RNA(LncRNAs)可調節YAP在腫瘤進展過程中的活化。2019年10月16日發表于 Mol. Cancer的一篇文章‘Long noncoding RNA GAS5 inhibits progression of colorectal cancer by interacting with and triggering YAP phosphorylation and degradation and is negatively regulated by the m6A reader YTHDF3’(影響因子: 10.679),主要研究了LncRNAs與m6A修飾在YAP信號傳遞和CRC進展中的功能聯系。
結果:
一、與YAP相互作用的lncRNA的篩選和鑒定
在八種不同的CRC細胞系中分析GAS5表達與CRC細胞中的YAP表達呈負相關。當GAS5被抑制時,核YAP蛋白會積累,而當GAS5過表達時,核YAP蛋白會下降。與YAP相互作用的lncRNA的候選物數量,并發現GAS5與YAP直接相互作用并抑制YAP的核積累。
二、GAS5與YAP蛋白相互作用的生化特征
GAS5突變體Δ3與YAP結合的效率與全長GAS5一樣有效,而其他突變體完全失去了其結合能力,表明與YAP結合需要GAS5的262-480位核苷酸。GAS5與YAP的171-263個氨基酸(aa)區結合(圖2j)該區域編碼稱為WW域的結構域,圖2k顯示了YAP GAS5結合復合物的結構。利用兩種獨立的方法,包括生物層干涉法(BLI)分析,RNA熒光原位雜交(RNA FISH)和免疫熒光共染色測定法,以鑒定lncRNA GAS5與YAP之間的相互作用。進行了BLI分析,以檢驗YAP–GAS5復合物與Fortebio Octet系統的結合親和力。生化映射表明,GAS5直接與YAP的WW域相互作用,以促進內源性YAP從細胞核到細胞質的轉運。
三、GAS5促進YAP磷酸化,以促進其泛素化和降解
GAS5-/-降低了絲氨酸127處的YAP磷酸化水平,上調了YAP目標基因CTGF的表達。由于GAS5的上調顯著抑制了YAP的總蛋白水平,而使YAP的mRNA水平保持不變,GAS5過表達細胞中多泛素化的YAP蛋白顯著增加。與全長GAS5一樣,GAS5突變體-Δ3的過度表達成功地促進了YAP磷酸化,而其他突變體則完全喪失了促進YAP磷酸化的能力(圖3f)。在YAP抑制和GAS5上調組中,針對差異表達基因的KEGG通路分析的相交分析表明,共有543個共同目標高度重疊,主要在同一方向和豐富了Hippo途徑,強烈支持GAS5在YAP信號傳導中的關鍵作用(圖3h-i)。GAS5通過促進YAP磷酸化和胞質螯合以促進其泛素化和降解來抑制YAP信號傳導。
四、LncRNA GAS5通過體內外YAP失調抑制大腸癌進展
為了研究GAS5在CRC進展中的作用在體外和體內,進行構建穩定地過表達GAS5或與YAP共轉染的CRC細胞系。GAS5的過表達顯著抑制了CRC細胞的增殖和侵襲能力,而增加的YAP表達成功逆轉了GAS5介導的對CRC細胞增殖的抑制作用。體內實驗顯示GAS5的過度表達顯著損害了腫瘤的生長,同時伴隨著細胞活力和腫瘤體積的下降。說明GAS5通過在體外和體內抑制YAP信號傳導來抑制CRC進展。
五、YTHDF3是YAP的新型靶標,可在體外和體內受GAS5調控
由于YAP的失調對CRC的病理生物學和進展具有重要意義,因此進行RNA干擾介導的YAP敲除,以發現CRC腫瘤進展的潛在新靶標。 YAP的過表達增加了YTHDF3的表達以及CTGF和CYR61的表達。 CRC細胞中,YAP和YTHDF3之間的mRNA和蛋白表達呈正相關(圖5g,h),YTHDF3是一個新穎的靶標YAP。YAP與YTHDF3的啟動子結合,YAP共轉染到CRC細胞中,YTHDF3啟動子的熒光素酶活性大大增強,而YAP特異性siRNA顯著抑制了熒光素酶活性(圖5j)。
功能獲得和功能喪失分析表明,YTHDF3的敲低取消了YAP介導的CRC細胞增殖和侵襲的促進作用, GAS5的過表達抑制了YTHDF3和CTGF的表達,而YTHDF3的上調逆轉了GAS5介導的YTHDF3和CTGF的抑制作用。功能測定表明,GAS5的上調顯著抑制了CRC細胞的增殖和侵襲能力,而YTHDF3的共轉染逆轉了GAS5介導的CRC細胞增殖的抑制作用。腫瘤皮下生長和肺轉移異種移植小鼠模型表明,YTHDF3的過表達導致腫瘤生長速率和肺部定植能力的顯著加速,從而逆轉了由GAS5過表達導致的腫瘤抑制(圖6f和h)。表明YTHDF3是YAP的新靶標,而GAS5通過抑制YAPDF介導的YTHDF3在體內和體外的表達來抑制CRC細胞的增殖和侵襲。
六、YTHDF3結合m6A修飾的GAS5并促進GAS5的衰變
由于在GAS5中積累了m6A修飾,YTHDF3敲低導致GAS5表達顯著增加,表明YTHDF3在m6A介導的GAS5降解中起主要作用。YTHDF3選擇性結合m6A修飾的GAS5并以甲基化依賴性方式調節GAS5降解,為CRC進展中GAS5失調提供了基礎。
七、CRC患者腫瘤中LncRNA GAS5表達與YAP和YTHDF3蛋白水平呈負相關
與鄰近組織相比,CRC組織中GAS5的表達降低,而GAS5較低的表達與CRC患者腫瘤組織中YAP和YTHDF3的表達升高有關。后發現YTHDF3的高表達是CRC患者總體生存不良的重要預后因素,為CRC治療提供了一種有希望的方法。
結論:
lncRNAs和CRC中YAP信號的m6A修飾之間的功能聯系。LncRNA GAS5直接與YAP結合,促進其磷酸化和泛素介導的降解,從而減弱YTHDF3的YAP介導轉錄,后者可逆、選擇性地與m6A甲基化的GAS5結合,觸發其衰變,形成負反饋環。該實驗提出了lncRNA GAS5-YAP-YTHDF3軸在CRC進展中的負功能環,這可能為CRC的治療提供一種有前景的方法。