NSUN2是催化m5C形成的重要RNA甲基轉移酶之一，參與許多關鍵的生物過程。然而，NSUN2介導的m5C修飾在結直腸癌(CRC)中的作用和潛在的分子機制尚不清楚。NSUN2在結直腸癌中高表達，與結直腸癌患者生存不良相關。此外，在NSUN2敲除小鼠模型中，沉默NSUN2抑制CRC腫瘤的發生和進展。體外和體內研究表明，NSUN2促進結直腸癌細胞生長。從機制上講，SKIL受NSUN2的正調控，NSUN2-SKIL軸與結直腸癌有臨床相關性。NSUN2誘導SKIL的m5C修飾并穩定其mRNA，該修飾由YBX1介導。升高的SKIL水平增加了TAZ的的激活。我們的研究結果強調了NSUN2通過m5C-YBX1依賴性的SKIL轉錄物穩定化在CRC的發生和進展中的重要性，為CRC提供了一種有希望的靶向治療策略。本文于2024年2月發表于“Clin Transl Med”（IF=10.6）上。

技術路線

結果

1）結直腸癌組織中NSUN2的過表達與患者生存和腫瘤發生有關

         為了探索mRNA m5C修飾在CRC中的作用，我們評估了TCGA的CRC隊列中主要mRNA m5C甲基轉移酶的表達水平(圖1A)。NSUN6、NSUN7、TRDMT1在結直腸腫瘤組織與鄰近正常組織中的表達無明顯差異。有趣的是，NSUN2在腫瘤中的表達水平高于正常組織。這些發現也在不同的CRC數據集中得到了驗證，包括GSE20916、GSE33113和GSE8671(圖1A)。此外，在新鮮采集的結直腸癌組織中也發現了NSUN2的過表達(圖1B、C)。Kaplan-Meier生存分析顯示，NSUN2高表達的結直腸癌患者的總生存率(OS)低于NSUN2低表達的結直腸癌患者(圖1D)。接下來，我們產生了NSUN2敲除小鼠(NSUN2-/-)來研究NSUN2在CRC中的作用。我們建立了CRC模型(圖1E)。正如預期的那樣，Nsun2-/-小鼠比Nsun2+/+小鼠產生的腫瘤更小，更少(圖1F-H)。組織病理學分析顯示，與Nsun2-/小鼠相比，Nsun2+/+小鼠的結直腸腫瘤分期較早(圖1I)，表明NSUN2在結直腸癌的致瘤性和進展中起關鍵作用。

2）NSUN2促進結直腸癌的發生和進展

         為了研究NSUN2對結直腸癌細胞行為的影響，我們用shRNA敲除NSUN2，并通過western blotting測定其效率。通過集落形成實驗探討NSUN2對結直腸癌細胞增殖的調控作用。如圖2A和B所示，NSUN2的缺失抑制了細胞增殖，而過表達NSUN2則表現出相反的效果。此外，重新引入NSUN2可以挽救CRC細胞的生長(圖2C)。集落形成實驗顯示，NSUN2促進了集落形成能力(圖2D-F)。我們還發現，NSUN2敲低后，遷移細胞的數量顯著減少(圖2G)。相反，上調NSUN2可增加細胞遷移能力(圖2H)。拯救實驗表明，NSUN2參與促進CRC細胞的遷移，進一步證實了NSUN2的致瘤作用(圖2I)。將穩定感染的DLD1細胞接種于裸鼠側翼，觀察NSUN2對異種移植瘤生長的影響。與對照組相比，NSUN2敲低組腫瘤的大小和重量明顯減小，這可以通過重新引入NSUN2來挽救(圖2J-L)。總的來說，這些結果表明NSUN2在體內和體外都能促進結直腸癌的生長。

3）NSUN2刺激CRC中SKILL的表達

         在NSUN2敲低或過表達的CRC細胞中，免疫熒光檢測顯示m5C熒光信號與NSUN2的表達呈顯著正相關(圖3A, B)，表明NSUN2對CRC細胞中m5C的修飾水平起作用。因此，為了確定參與NSUN2介導的CRC進展的下游效應物，我們使用RNA測序和亞硫酸鹽測序(RNA-bisseq)數據評估了潛在靶點。重疊后，有14個潛在目標(圖3C)。其中，ATF3、CDK9、HEY1、CBX4、ITGB1、SKIL為癌基因，而SETD2作為腫瘤抑制基因。然而，當我們使用不同的細胞系進行驗證時，在DLD1細胞、HCT116細胞和HT-29細胞中，NSUN2敲低后，只有SKIL表達水平持續降低(圖3D)。NSUN2缺失顯著降低了SKIL mRNA和蛋白水平，而NSUN2過表達產生相反的結果(圖3D和)。Nsun2+/+小鼠的SKIL表達水平高于Nsun2-/-小鼠(圖3E)。生物信息學分析顯示，CRC中SKIL表達上調(圖3F)。臨床上，SKIL表達水平高的患者預后較差(圖3G)。為了進一步評估NSUN2和SKIL之間的臨床相關性，我們檢測了它們在一組結直腸癌組織中的表達譜。結果顯示，NSUN2高表達的腫瘤組織具有較高的SKIL水平(圖3H, I)。此外，我們對組織微陣列(TMA)進行了免疫組化染色。NUSN2與SKIL在臨床表現為顯著正相關(圖3J、K)。

4）NSUN2通過SKIL促進CRC細胞的惡性表型

         為了揭示NSUN2-SKIL軸的功能，我們設計了拯救實驗。SKIL過表達恢復了NSUN2敲低對結直腸癌細胞增殖、集落形成和遷移的抑制作用(圖4A-C)。用或不加shNSUN2和PLVX-SKIL處理的DLD1細胞接種于裸鼠側翼。結果顯示，NSUN2敲低抑制腫瘤生長，降低腫瘤重量和Ki67表達水平，而SKIL過表達恢復了這些作用(圖4D-G)。總之，SKIL是NSUN2促進結直腸癌惡性的關鍵靶點。 

5）NSUN2甲基化以YBX1依賴的方式穩定SKIL mRNA

         接下來，我們探討了NSUN2的致癌功能是否取決于其m5C甲基轉移酶活性。通過在NSUN2沉默細胞中過表達NSUN2野生型(WT)和突變型質粒，我們發現只有野生型能夠挽救CRC細胞的增殖和集落形成，而酶促死亡的NSUN2突變體則不起作用(圖5A)。此外，過表達WT而非突變型NSUN2在NSUN2敲除細胞中恢復了SKIL mRNA和蛋白質水平(圖5B)。接下來，我們發現m5C抗體可以有效地富集SKIL mRNA(圖5C)。此外，沉默NSUN2降低了CRC細胞中SKIL的m5C水平，這可以通過過表達WT而不是突變的NSUN2來挽救(圖5D)。由于m5C修飾可以調節靶mRNA的穩定性，為了確定NSUN2介導的m5C如何調節SKIL mRNA的表達，我們用放線菌素D處理CRC細胞。如圖5E所示，NSUN2沉默顯著降低了SKIL mRNA的半衰期。這種減少可以通過過表達野生型而非突變型NSUN2來恢復(圖5F)，這表明NSUN2通過m5C修飾增強其mRNA的穩定性來上調SKIL。

         YBX1是一種重要的m5C讀取器，已被證明通過招募ELAVL1維持mRNA穩定性。RIP實驗顯示YBX1可以與SKIL mRNA結合(圖5G)，并且這種相互作用在NSUN2沉默的細胞中減少(圖5H)，表明YBX1可能是SKIL的m5C讀取器。進一步研究表明，shYBX1可通過降低CRC細胞中SKIL mRNA的穩定性來降低SKIL的表達水平(圖5I, J)。沉默YBX1可抑制NSUN2對SKIL表達的激活(圖5K, L)。綜合上述結果，我們得出結論，NSUN2可通過增加CRC細胞中SKIL mRNA的穩定性，以依賴于YBX1的方式上調SKIL的表達。

6）NSUN2誘導SKIL-TAZ軸促進結直腸癌腫瘤發生

         YAP/TAZ是密切相關的轉錄調控因子，參與不同類型癌癥的進展。我們試圖確定NSUN2是否影響SKIL-TAZ軸。如圖6A, B所示，NSUN2過表達增加了TAZ蛋白水平，而NSUN2敲低抑制了TAZ蛋白的表達。進一步的實驗表明，NSUN2沉默可顯著抑制結直腸癌細胞中TAZ靶基因的表達(圖6C)。NSUN2敲低增加了TAZ蛋白的周轉率(圖6D)。此外，SKIL過表達部分恢復了NSUN2缺失細胞中TAZ表達及其靶點的激活，表明NSUN2調節了SKIL-TAZ軸(圖6E, F)。隨后，我們試圖在患者來源的異種移植(PDX)模型中確定NSUN2介導的TAZ調節的臨床相關性。為此，在測量了NSUN2的表達水平后(圖6G)，我們將從CRC患者中切除的新鮮原發腫瘤樣本植入免疫功能低下的小鼠體內，然后腹腔注射PBS或維替泊芬(一種YAP/TAZ-TEAD介導的轉錄干擾物)(圖6H)。值得注意的是，給藥維替泊芬可以減緩NSUN2高的PDX腫瘤的進展(病例1和2)。相反，維替泊芬對NSUN2低的PDX腫瘤的生長和體重影響很小(病例3和4;圖6I, J)。

結論：

         NSUN2通過促進SKIL mRNA的穩定，進而促進TAZ的激活，從而促進結直腸癌的惡性發展。

實驗方法：

         AOM-DSS小鼠模型構建；裸鼠異種移植瘤模型；PDX模型；免疫印跡法；免疫組化；免疫熒光；RT-PCR；細胞增殖和集落形成試驗；transwell。

參考文獻：

         Zou S, Huang Y, Yang Z, Zhang J, Meng M, Zhang Y, Feng J, Sun R, Li W, Wang W, López JG, Fang L. NSUN2 promotes colorectal cancer progression by enhancing SKIL mRNA stabilization. Clin Transl Med. 2024 Mar;14(3):e1621. doi: 10.1002/ctm2.1621.