circRNA是一種新型的非編碼RNA，已被報道通過多種機制參與疾病的發生和發展。MAPK通路是一種常見的信號轉導通路，參與細胞增殖、炎癥和凋亡，在癌癥中起著特別重要的作用。然而，與MAPK通路相關的circRNA在胃癌中的作用尚未被探索。因此，小編為大家帶來一篇于2021年4月發表于影響因子為15.302的雜志Molecular Cancer上的文章“A novel protein encoded by circMAPK1 inhibits progression of gastric cancer by suppressing activation of MAPK signaling”。在本研究中，我們發現circMAPK1在胃癌組織中較鄰近正常組織表達下調。重要的是，較低的circMAPK1表達預示著GC患者較差的生存。CircMAPK1在體內外均能抑制胃癌細胞的增殖和侵襲。接下來，我們發現circMAPK1編碼了一個長度為109個氨基酸的新蛋白。通過一系列功能實驗，我們證實了circMAPK1通過編碼的蛋白MAPK1-109aa發揮了抑制腫瘤的作用。在機制上，腫瘤抑制因子MAPK1-109aa通過競爭性結合MEK1來抑制MAPK1的磷酸化，從而抑制MAPK1及其下游因子在MAPK通路中的激活。

技術路線

結果：

1）circMAPK1的鑒定和circMAPK1的臨床特征

由于MAPK信號通路在腫瘤發生和進展中起著重要的病理作用，我們首先根據在線數據庫circBase中的circRNA測序數據分析了來自MAPK通路相關基因的circRNA。然后我們清點了MAPK 通路相關的circRNAs，發現大部分細胞系可以表達數以百計的MAPK通路的circRNAs(圖1a)。在來源于MAPK1的circRNA中，circ-0006203、circ0004872和circ-0008870在超過三個獨立的測序數據集中被廣泛檢測。我們利用qRT-PCR檢測了這三種circRNA在胃癌患者的胃癌組織和癌旁組織中的表達水平(圖1b)。結果顯示circ-0004872的表達變化最為顯著。circ-0004872在癌組織/細胞中的reads明顯低于正常組織/細胞(圖1c)。此外，GSE121445和GSE100170數據庫中也證實了GC中circMAPK1的下調(圖1d)。這些數據提示circ-0004872具有潛在的抑制作用，從而促使我們進一步研究其在胃癌惡性腫瘤中的作用。

Circ-0004872(本研究稱為““circMAPK1”)來自MAPK1基因的第2-4個外顯子，形成一個490 nt的重疊環狀轉錄本(圖1e)。Sanger測序證實了擴增的circMAPK1的頭尾剪接(圖1f)。接下來，我們研究了circMAPK1在GC細胞系中的表達水平。如圖1g所示，與正常的胃粘膜上皮細胞系相比，培養的GC細胞系中circMAPK1表達顯著下調。另外，circMAPK1僅從cDNA中擴增，而不是從gDNA中擴增(圖1h)，說明circMAPK1的環結構是由back-splicing產生的。然后我們進一步評估了circMAPK1的穩定性和定位。經過放線菌素D處理后，circMAPK1的半衰期明顯長于線性MAPK1(圖1i)。與MAPK1 mRNA的線性形式相比，circMAPK1對RNase R的降解具有抗性(圖1j)。隨后的細胞組分qRT-PCR分析(圖1k)和熒光原位雜交分析(圖1l)顯示，circMAPK1主要定位于細胞質而不是細胞核。

由于circMAPK1在GC細胞系中穩定表達，我們推測circMAPK1可能是一種適合GC診斷或預后的標志物。qRT-PCR顯示circMAPK1在癌組織中的表達低于匹配的非癌組織(圖1m)。Kaplan-Meier生存分析顯示胃癌組織中circMAPK1水平較高的患者總生存期顯著延長(圖1n)。綜上所述，circMAPK1是一種穩定表達的circRNA，可作為有效的診斷和預后標志物，值得進一步研究。

2）CircMAPK1在體外抑制GC細胞的增殖和遷移

為了研究circMAPK1在GC中的生物學功能，我們進行了一系列細胞實驗。隨CCK8實驗(圖2a)、集落形成實驗(圖2b)和EdU實驗(圖2c) 結果表明，沉默circMAPK1可顯著增強GC細胞的增殖能力。我們發現circMAPK1的減少增加了S期GC細胞的數量(圖2d)。Transwell(圖2e)試驗顯示circMAPK1的干擾促進了GC細胞的遷移。此外，過表達circMAPK1顯著削弱了GC細胞的增殖能力。同樣，過表達circMAPK1時，S期GC細胞的數量顯著減少，細胞遷移受到抑制。綜上所述，circMAPK1在GC細胞的增殖和遷移中起著重要作用。

3）CircMAPK1在體內抑制胃癌的發生和轉移

為了進一步證實體外研究結果，我們在體內驗證了circMAPK1在影響致瘤性方面的生物學作用。circMAPK1的沉默可顯著促進腫瘤的生長。相比之下，過表達circMAPK1顯著抑制了皮下腫瘤的生長(圖3a)。接下來，我們通過對增殖細胞標記物Ki67的染色來監測異種移植瘤的增殖。穩定敲除circMAPK1的腫瘤組織表現出更強的Ki67染色，而過表達circMAPK1的腫瘤組織表現出更弱的Ki67染色(圖3b和c)。為了研究circMAPK1在體內的轉移潛能，我們用熒光素酶質粒穩定地轉染上述細胞系，然后注射到裸鼠的尾靜脈中。結果顯示，circMAPK1的敲低有效地增加了肺轉移病灶的數量和大小。相比之下，生物發光成像(圖3d和e)和H&E染色(圖3f和g)顯示，過表達circMAPK1減少了肺轉移病變。

4）CircMAPK1編碼109個氨基酸的新蛋白MAPK1-109aa

根據在線數據庫circRNADb的預測結果，circMAPK1序列中包含一個開放閱讀框，起始密碼子為ATG，IRES位于274-327 nt。這一觀察結果表明circMAPK1具有編碼109aa蛋白的潛能，本研究將其命名為MAPK1-109aa(圖4a)。為了驗證預測的IRES在circMAPK1中的活性，我們進行了雙熒光素酶檢測，結果顯示野生型IRES報告基因的熒光素酶活性明顯高于突變型IRES報告基因的熒光素酶活性(圖4b)。為了進一步證實MAPK1-109aa的存在，我們將circMAPK1 IRES突變質粒和circMAPK1過表達質粒轉入HEK293T細胞。銀染色結果顯示，在分子量為13 kDa時存在明顯的蛋白帶，與MAPK-109aa的預測大小一致。MS檢測到AMEIMLNSKLCL序列，與MAPK1-109aa含有特定C端序列LCL的氨基酸序列一致(圖4c)。為了檢測該多肽產物，我們使用了一種識別MAPK1中間部分的抗體(圖4d)。Western Blot檢測40對胃癌組織(圖4e)和細胞系(圖4f)中MAPK1-109aa和MAPK1的水平。通過半定量分析，胃癌組織中MAPK1-109aa水平較正常胃組織中降低。Kaplan-Meier生存分析顯示，MAPK1-109aa表達水平較高的胃癌患者總生存期明顯長于MAPK1-109aa表達水平較低的胃癌患者(圖4h)。一系列GC細胞系中MAPK1-109aa的含量也明顯低于正常胃粘膜細胞系GES-1。在內源性circMAPK1水平較低且幾乎沒有MAPK1-109aa表達的MKN45細胞中，轉染circMAPK1和MAPK1-109aa質粒均產生預測的MAPK1-109aa帶，而過表達circMAPK1 IRES突變質粒則沒有產生預測的MAPK1-109aa帶(圖4i)。相反，在內源性circMAPK1和MAPK1-109aa更高表達的GES-1細胞中，發現兩種特異性靶向circMAPK1連接的shRNA顯著降低了MAPK1-109aa的表達(圖4j)。使用anti-flag抗體進行免疫熒光檢測，證實MAPK1-109aa-Flag位于過表達MAPK1-109aa-Flag質粒的MKN45細胞的胞質中，如圖4k所示。

5）MAPK1-109aa對胃癌有抑制作用

為了進一步研究MAPK1-109aa的生物學功能，我們將circMAPK1 ATG突變質粒、circMAPK1 IRES突變質粒和circMAPK1過表達質粒轉染到MKN45和BGC823細胞中。如預期的那樣，當轉染ATG突變質粒和IRES突變質粒時，沒有出現circMAPK1編碼的MAPK1-109aa 13-kDa帶(圖5a)。CCK8實驗(圖5b)、集落形成實驗(圖5c，d)和EdU實驗(圖5e，f)顯示過表達circMAPK1明顯抑制了細胞的增殖能力。流式細胞術顯示，處于S期的GC細胞數量也明顯減少(圖5g)。然而，當circMAPK1的ATG或IRES序列發生突變時，MKN45和BGC823細胞的增殖能力沒有明顯變化。同樣，Transwell實驗(圖5h)也證明了腫瘤細胞的遷移能力。綜上所述，circMAPK1在沒有其編碼蛋白MAPK1-109aa的情況下，不能抑制GC細胞的惡性表型。隨后，為了進一步驗證MAPK1-109aa的功能，我們在SGC7901和MGC803細胞中恢復了MAPK1-109aa的表達，無論是否穩定敲除circMAPK1，Western blot驗證了這一點(圖6a)。將MAPK1-109aa質粒轉染到SGC7901和MGC803細胞株后，細胞的增殖能力(圖6b-g)和遷移能力(圖6h)得到了有效的抑制。在轉染了shcirMAPK1的細胞系中，恢復了MAPK1-109aa的表達也逆轉了穩定敲除circMAPK1所導致的惡性表型。綜上所述，上述結果表明circMAPK1對GC細胞惡性生物學行為的抑制作用依賴于其編碼蛋白MAPK1-109aa。

6）MAPK1-109aa通過競爭性結合MEK1來抑制MAPK1的磷酸化

為了研究MAPK1-109aa抑制GC的分子機制，我們將標記的MAPK1-109aa質粒轉染HEK293T細胞。在flag標記的MAPK1-109aa免疫沉淀復合物中，潛在的相互作用蛋白被拉下(圖7a)。采用蛋白MS分析對差異表達蛋白進行鑒定。在被識別的蛋白質列表中，豐度最高的蛋白質是MEK1，表明MEK1是MAPK1-109aa潛在的相互作用蛋白(圖7b，c)。此外，flag標記的MAPK1-109aa可以與MEK1相互作用，證實了MAPK1-109aa與MEK1之間的直接相互作用(圖7d)。免疫熒光染色顯示MAPK1-109aa與MEK1共定位(圖7e)。此外，我們采用MEK1抗體免疫共沉淀，探討MAPK1-109aa對MAPK1通路的潛在調控作用。我們發現，在circMAPK1穩定下調的SGC7901和MGC803細胞中，與對照組相比，MAPK1-109aa與MEK1的結合明顯減少，而MAPK1與MEK1的結合增加(圖7f)。在MKN45和BGC823細胞中，IRES突變時MAPK1-109aa不翻譯。因此，MAPK1與MEK1的結合沒有明顯變化。然而，過表達circMAPK1后，MAPK1與MEK1的結合顯著減少，而MAPK1-109aa與MEK1的結合顯著增加(圖7g)。因此，以上結果表明MAPK1-109aa與MAPK1競爭結合MEK1。隨后的Western blot結果也證實，在過表達circMAPK1的細胞系中，MAPK1-109aa顯著升高，磷酸化的MAPK1/2降低，而在circMAPK1敲低的細胞中則相反(圖7h)。此外，MAPK1的下游效應因子，如p-ELK1、p-c-Fos、p-c-JUN和p-RSK，也被過表達的circMAPK1顯著抑制(圖7i)。這些結果表明，circMAPK1編碼的MAPK1-109aa通過抑制MAPK1信號通路發揮抑癌作用。

MAPK級聯是人類癌癥最重要的致癌驅動因子之一，通過靶向抑制劑阻斷這一信號通路是一種重要的抗腫瘤策略。因此，我們用MAPK通路抑制劑PD0325901處理SGC7901和MGC803細胞。Western blot顯示，PD0325901的加入顯著降低了MAPK1通路下游因子的激活。而添加PD0325901后，MAPK1-109aa的表達水平沒有明顯變化(圖8a)。集落形成(圖8b，c)、EdU(圖8d，e)和Transwell實驗(圖8f)結果表明PD0325901處理后細胞的增殖和遷移能力明顯受到抑制。此外，在抑制劑存在的情況下，將shcircRNA轉染到SGC7901和MGC803細胞中，目的是部分提高MAPK通路的活性。然而，當細胞與PD0325901共同處理時，抑制circMAPK1沒有明顯的促癌作用(圖8b-f)。綜上所述，這些結果證實了MAPK1-109aa通過與MEK1競爭相互作用抑制MAPK1的磷酸化，通過抑制MAPK通路發揮腫瘤抑制作用。

結論

我們在胃癌中發現了一種來自MAPK1的下調circRNA。MAPK1-109aa由circMAPK1編碼，通過與MAPK1競爭與上游激酶MEK1結合發揮抗癌作用，抑制MAPK1磷酸化和下游致癌因子。我們的研究結果提示circMAPK1可能作為GC的治療靶點，也為MAPK通路激活引起的疾病提供了新的治療思路。