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NSUN2介導m5C甲基化增強HGH1 mRNA穩(wěn)定性以促進腫瘤進展的研究

瀏覽次數(shù):898 發(fā)布日期:2024-6-18  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
RNA m5C甲基化已被證明廣泛參與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。作為主要的m5C甲基轉移酶,NSUN2在多種腫瘤類型中發(fā)揮著關鍵的調控作用。但NSUN2介導的m5C修飾對乳腺癌(BC)的具體作用仍不清楚。
 
鄭州大學第一附屬醫(yī)院/河南省精準臨床藥學重點實驗室闞全程、田鑫團隊和中國科學院大學楊運桂合作闡明NSUN2如何通過m5C修飾調控靶基因HGH1,從而促進乳腺癌發(fā)展的分子機制,以及初步明確NSUN2和HGH1在乳腺癌中的生物學作用。相關研究成果于2024年6月6日以“NSUN2/YBX1 promotes the progression of breast cancer by enhancing HGH1 mRNA stability through m5C methylation”為題發(fā)表在《Breast Cancer Research》(乳腺癌研究)期刊。

 

標題:NSUN2/YBX1 promotes the progression of breast cancer by enhancing HGH1 mRNA stability through m5C methylation(NSUN2/YBX1通過m5C甲基化增強HGH1 mRNA穩(wěn)定性,從而促進乳腺癌進展)
時間:2024.6.6
期刊:《Breast Cancer Research》(乳腺癌研究)(中科院1區(qū),影響因子7.4)
實驗方法:RNA BS-seq、RNA-seq、MeRIP-qPCR、RIP-qPCR、蛋白組學、co-IP、Ribo-seq等
 
本研究收集了5位乳腺癌(BC)患者的腫瘤和鄰近組織樣本。通過RNA測序(RNA-seq)和單堿基分辨率的m5C甲基化測序(RNA-BisSeq)篩選了BC中的m5C修飾靶標HGH1。并利用甲基化RNA免疫沉淀-qPCR(MeRIP-qPCR)和RNA結合蛋白免疫沉淀-qPCR(RIP-qPCR)鑒定了甲基化分子NSUN2和YBX1通過m5C修飾特異識別并結合HGH1。此外,研究還使用蛋白組學、共免疫沉淀(co-IP)和核糖體測序(Ribo-Seq)探索了HGH1在BC中的生物學作用。

研究結果表明,作為主要的m5C甲基化酶,NSUN2在BC中異常高表達,并提高了RNA m5C的整體水平。而敲低NSUN2表達可以在體外和體內抑制BC進展。結合RNA-seq和RNA-BisSeq分析鑒定出HGH1作為異常m5C修飾的潛在靶標。研究闡明了NSUN2如何通過m5C修飾調控HGH1表達的機制,這一過程包括與YBX1蛋白互作,共同影響mRNA穩(wěn)定性和蛋白質合成。本研究首次揭示了HGH1與翻譯延伸因子EEF2結合,為理解其在調節(jié)BC細胞中的轉錄本翻譯效率和蛋白質合成能力方面提供了全面認識。

總之,本研究初步闡明了從轉錄后修飾到蛋白質翻譯過程中NSUN2-YBX1-m5C-HGH1軸的調控作用,揭示了異常RNA m5C修飾在BC中的關鍵角色,并表明HGH1可能是一個新的表觀遺傳生物標志物和潛在的治療靶點。

 

本研究機理圖

結果圖形
(1)NSUN2高表達與乳腺癌和較差的預后顯著相關

 
圖1:乳腺癌樣本中NSUN2高表達。
 
(A)TCGA數(shù)據(jù)集中正常組織和BC組織中的NSUN2表達。
(B) TCGA數(shù)據(jù)集中NSUN2表達高或低的BC患者的總生存概率圖。
(C) 通過RNA-Seq(n=5)評估的5個臨床BC組織和鄰近組織樣本中的NSUN2 mRNA表達。
(D) NSUN2在5個BC石蠟組織樣品中的表達。
(E) 5個BC和相鄰組織樣品(n=5)中NSUN2 蛋白表達的LC-MS/TOF分析。
(F) 5種乳腺細胞系中 NSUN2 表達的Western blot分析。
(G)將BALB/c小鼠(每組n=5)的乳腺脂肪墊手術注射到含有MCF7細胞的乳腺脂肪墊中,稱量腫瘤、測量腫瘤體積。
(H) IHC染色后不同組 CDX 腫瘤中 NSUN2 和 Ki-67 表達的代表性圖像。

(2)NSUN2通過m5C甲基轉移酶活性促進乳腺癌進展

 

圖2:NSUN2通過甲基轉移酶活性促進乳腺癌進展。

 
(A) 和 (B) 通過CCK-8實驗分析敲低NSUN2(NSUN2-knockdown)、野生型NSUN2(NSUN2-WT)或雙催化突變型NSUN2(NSUN2-DM)的乳腺癌細胞增殖。
(C) 和 (D) 通過集落形成實驗來評估上述三種細胞類型的集落形成能力。
(E) 和 (F) 使用Transwell實驗分析敲低NSUN2、NSUN2-WT或NSUN2-DM細胞遷移和侵襲能力。
(G) 使用FITC和PE熒光染料通過流式細胞儀檢測NSUN2敲低后的細胞凋亡變化。

(3)RNA-Seq聯(lián)合RNA-Bisseq篩選確定HGH1為乳腺癌m5C調控的潛在靶基因
由于NSUN2是負責RNA m5C修飾的主要甲基轉移酶,研究人員分析了NSUN2促進乳腺癌(BC)進展機制:從5名臨床患者中選擇癌癥和鄰近組織樣本,進行轉錄組分析(RNA-seq)和mRNA m5C亞硫酸鹽測序(RNA-BS)。

研究首先證實了NSUN2可以影響mRNA中m5C的整體甲基化水平(圖3A)。結合RNA-seq和RNA-BS測序篩選了BC組織中m5C修飾的mRNA靶標。

生物信息學分析發(fā)現(xiàn)了與鄰近組織相比,BC組織中有297個高甲基化位點和268個低甲基化位點(圖3B)。

對mRNA的不同區(qū)域中m5C修飾的比例進行統(tǒng)計分析。結果表明5'-UTR區(qū)域的m5C位點在腫瘤組織和鄰近組織中覆蓋相似。值得注意的是,3'-UTR區(qū)域在腫瘤組織中的m5C位點更多(圖3C)。

KEGG分析揭示了多個與BC相關和腫瘤相關的通路,包括內分泌抵抗、雌激素信號、PI3K-Akt和Ras信號通路,在m5C修飾中富集(圖3D)。

甲基化和轉錄數(shù)據(jù)聯(lián)合分析結果表明,在BC組織中,有18個位點呈現(xiàn)高甲基化和高表達,25個位點高甲基化和低表達,16個位點低甲基化和高表達,以及38個位點低甲基化和低表達(圖3E)。研究人員推測BC中高甲基化和高表達的基因可能具有較強的致癌作用。

聚類分析熱圖揭示了18個在BC中高甲基化和高表達的基因(圖3F)。其中HGH1和RP5-1180C10.2在80%的腫瘤組織中表現(xiàn)出高甲基化水平,而在80%的鄰近組織中表現(xiàn)出低甲基化水平。

由于RP5-1180C10.2是一種已知的lncRNA,研究人員選擇HGH1作為18個基因中的重要候選基因。對TCGA數(shù)據(jù)庫的分析也顯示HGH1在乳腺腫瘤組織中高表達(圖3G)。

此外,高HGH1表達的患者相比低HGH1表達的患者生存率相對較差(圖3H)。

研究人員還收集了臨床患者樣本以驗證HGH1在BC組織中的RNA和蛋白水平上都比鄰近組織更高表達(圖3I和J)。

 

圖3:篩選異常m5C高甲基化基因

 
(A)  MCF7和T47D細胞的mRNA m5C dot blot實驗,無論是否敲低NSUN2。
(B)  火山圖顯示腫瘤與鄰近組織間差異表達的m5C位點(n=5)。
(C)  BC組織與鄰近組織間mRNA區(qū)域m5C修飾的不同比例。
(D)  KEGG分析顯示,在BC組織中表達水平高的m5C高甲基化基因在致癌信號通路中富集。
(E)  BC組織的RNA-Seq和RNA-BS的靶基因重疊分析(n=5)。
(F)  聚類分析熱圖顯示不同組織樣本的表達水平。
(G)  數(shù)據(jù)庫分析揭示腫瘤組織中HGH1表達增加。
(H)  生存分析顯示,HGH1高表達組的預后較差。
(I-J)  RT-qPCR和IHC實驗證明HGH1在BC組織中表達水平高于配對的鄰近組織。

(4)抑制HGH1延緩乳腺癌進展

圖4:抑制HGH1可以延緩乳腺癌進展

 
(A)  CCK-8實驗檢測siHGH1(HGH1的siRNA)或oeHGH1(HGH1過表達載體)干擾后BC細胞增殖率。
(B)  檢測shHGH1(HGH1的shRNA)或oeHGH1干擾后BC細胞的集落形成能力。
(C)  評估HGH1敲低后BC細胞的遷移和侵襲能力。
(D)  使用FITC和PE熒光染料通過流式細胞術檢測HGH1敲低后細胞凋亡變化。
(E)  使用PI熒光染料在HGH1敲低或過表達后,通過流式細胞術檢測細胞周期變化。
(F)  將MCF7細胞注射到BALB/c小鼠乳腺脂肪墊中(每組n=5),測量腫瘤重量和體積。
(G)  不同組CDX腫瘤中HGH1和Ki-67表達的代表性圖像。

(5)HGH1是BC細胞翻譯效率的積極因子
圖5:HGH1影響B(tài)C細胞的翻譯效率
 
(A)   STRING數(shù)據(jù)庫分析顯示EEF2和HGH1之間的蛋白質互作關系。
(B-C)  LC-MS/TOF數(shù)據(jù)的火山圖和直方圖,顯示EEF2和HGH1在BC組織中的高表達。
(D-E)  用1µM嘌呤霉素處理用siEEF2(D)或siHGH1(E)轉染的MCF7和T47D細胞1小時,并用抗嘌呤霉素抗體對全細胞裂解物進行western blot分析。
(F) 使用過量蛋白質和抗HGH1-蛋白A/G磁性珠復合物從MCF7細胞中捕獲EEF2。洗脫后的材料通過western blot和免疫印跡分析,使用抗EEF2、抗HGH1和抗GAPDH抗體進行檢測,以確認HGH1和EEF2的互作。
(G) 通過Ribo Seq分析MCF7細胞的平均翻譯效率(TE)。

(6)HGH1受NSUN2調控并依賴于其m5C甲基轉移酶活性
圖6:NSUN2介導的mRNA m5C甲基化促進HGH1表達
 
(A)RT-qPCR檢測NSUN2敲低后BC細胞系中HGH1表達,
(B)使用western blot進一步分析確認蛋白質水平變化。
(C-D) RT-qPCR和Western blot分析用于評估NSUN2-WT或NSUN2-DM過表達后HGH1表達的變化。
(E)MeRIP-qPCR分析BC細胞中NSUN2敲除后HGH1 mRNA上的m5C水平。
(F)NSUN2敲低后檢測到對放線菌素D介導的RNA合成抑制和mRNA轉錄干擾的響應變化。
(G-H) CCK-8實驗證實了NSUN2和HGH1對BC細胞增殖的影響及其下游關系。
(I)集落形成實驗分析在NSUN2敲低細胞系中恢復下游基因HGH1表達對BC細胞擴增能力的影響。

(7)NSUN2和YBX1通過影響mRNA穩(wěn)定性和翻譯來調控HGH1表達

 
圖7:YBX1是調控乳腺癌中HGH1表達的重要m5C分子
 
(A)  使用YBX1抗體進行RIP-qPCR分析NSUN2-WT存在時YBX1與HGH1 mRNA的結合水平。
(B)  在NSUN2敲低后,檢測對放線菌素D介導的RNA合成抑制和mRNA轉錄干擾的響應變化。
(C)  在MCF7和T47D細胞系中敲低siYBX1后,使用RT-qPCR檢測目標基因HGH1表達水平變化。
(D)  在細胞中過表達YBX1野生型(WT)和突變型(Mut),檢測HGH1表達的變化。
(E-F) 通過Western blot分析敲低或過表達YBX1后蛋白水平的變化。
(G-H)   通過RT-qPCR和Western blot實驗檢測NSUN2和YBX1對HGH1表達的協(xié)同效應。

本研究創(chuàng)新點
本研究的關鍵創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)有兩個方面:

(1)NSUN2的甲基轉移酶活性對其促進乳腺癌(BC)進展的作用:
驗證了NSUN2通過其m5C甲基化酶活性部分依賴性地促進乳腺癌進展。
通過收集患者的乳腺癌組織,并結合RNA-Seq和RNA-BS數(shù)據(jù),篩選了m5C修飾位點,并在單堿基分辨率水平上鑒定出關鍵靶標HGH1。
(2)NSUN2/YBX1依賴于m5C調控HGH1 mRNA穩(wěn)定性和表達的分子機制:
通過體內外實驗闡明了NSUN2/YBX1依賴于m5C來調控HGH1 mRNA的穩(wěn)定性和表達的分子機制。
不僅驗證了HGH1對乳腺癌進展的促進作用,還通過co-IP和Ribo-Seq初步闡明HGH1在人類乳腺癌細胞中的生物學功能。
 
未來研究方向
  • 需要進一步研究NSUN2和m5C修飾靶標是否可以作為乳腺癌亞型的生物標志物。
  • 計劃進行更深入的分子結構層面研究,探索從轉錄后修飾到蛋白翻譯過程中的潛在機制。
  • 擴大臨床患者樣本數(shù)量,收集包括新鮮腫瘤組織、血液和尿液在內的樣本,進行多角度聯(lián)合分析,以驗證RNA m5C修飾是否可以作為腫瘤的診斷標記和表觀遺傳治療靶點。

參考文獻:
Zhang X, An K, Ge X, Sun Y, Wei J, Ren W, Wang H, Wang Y, Du Y, He L, Li O, Zhou S, Shi Y, Ren T, Yang YG, Kan Q, Tian X. NSUN2/YBX1 promotes the progression of breast cancer by enhancing HGH1 mRNA stability through m5C methylation. Breast Cancer Res. 2024 Jun 6;26(1):94. pii: 10.1186/s13058-024-01847-0. doi: 10.1186/s13058-024-01847-0. PubMed PMID: 38844963.
來源:深圳市易基因科技有限公司
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標簽: DNA甲基化
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