piRNA-30473通過調(diào)控DLBCL中m6A RNA甲基化而促進(jìn)腫瘤發(fā)生和不良預(yù)后
彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤(DLBCL)是最常見的淋巴惡性腫瘤亞型，它的開始和進(jìn)展受遺傳和表觀遺傳的畸變控制。N6-甲基腺苷(m6A)作為最豐富的真核信息RNA修飾，通過調(diào)控靶基因影響多種基礎(chǔ)生物過程；然而，m6A修飾在DLBCL中的作用尚不清楚。此外，piwi相互作用RNA (piRNAs)已被證明是癌癥的表觀遺傳效應(yīng)。目前，有研究發(fā)現(xiàn)piRNA-30473通過調(diào)控DLBCL中m6A RNA甲基化而促進(jìn)腫瘤發(fā)生和不良預(yù)后，該研究于2021年3月發(fā)表在《Blood》雜志，IF為17.543。
技術(shù)路線：
1. piRNA-30473在DLBCL中升高，是DLBCL患者的不良預(yù)后因素
作者首先研究小RNA的表達(dá)水平與DLBCL患者的臨床相關(guān)性。通過分析微陣列數(shù)據(jù)，與預(yù)后不良組(PP)比較，在預(yù)后良好(FPP)的病例中發(fā)現(xiàn)了4個(gè)顯著下調(diào)或上調(diào)的piRNAs(圖1A)。在這四個(gè)差異表達(dá)RNA的基礎(chǔ)上，作者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)與預(yù)后良好(FPP)的患者相比，預(yù)后不良患者(PP)的piRNA-30473表達(dá)水平顯著升高(圖1B)，且DLBCL患者高水平的piRNA-30473與較差的總生存率相關(guān)(圖1C)。綜上所述， piRNA-30473可作為預(yù)后的生物標(biāo)志物，并可用于DLBCL患者的預(yù)后分層。
圖1 piRNA-30473在DLBCL中升高，是DLBCL患者的不良預(yù)后因素
2. 抑制piRNA-30473可降低DLBCL的發(fā)生
為了進(jìn)一步探索piRNA-30473在DLBCL中的功能作用，作者使用antiagomir-30473在DLBCL細(xì)胞中去除piRNA-30473。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，在DLBCL細(xì)胞中耗盡piRNA-30473導(dǎo)致增殖減少(圖2A)。此外，細(xì)胞周期分析顯示，在DLBCL細(xì)胞中抑制piRNA-30473可以增加G1期細(xì)胞的比例，減少S期和G2期細(xì)胞的比例(圖2B, 2C)。然而，耗盡piRNA-30473并不誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡(圖2D)。此外，通過SU-DHL-8異種移植DLBCL模型，以評(píng)估piRNA-30473對(duì)體內(nèi)DLBCL進(jìn)展的影響(圖2E)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抑制piRNA-30473抑制腫瘤增長 (圖2F)。這些數(shù)據(jù)表明沉默piRNA-30473可以抑制DLBCL細(xì)胞在體內(nèi)和體外的活性。
圖2 抑制piRNA-30473可降低DLBCL的發(fā)生
3. piRNA-30473通過調(diào)控WTAP的表達(dá)介導(dǎo)m6A的甲基化
為了進(jìn)一步探討piRNA-30473在DLBCL中轉(zhuǎn)錄組調(diào)控中的作用，我們在轉(zhuǎn)染antiagomir-30473后48 h檢測m6A整體甲基化水平。結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)染antiagomir-30473的細(xì)胞總體m6A水平降低(圖3A, 3B)。METTL3, METTL14, WTAP, FTO 和ALKBH5是關(guān)鍵的m6A甲基轉(zhuǎn)移酶或去甲基化酶，它們的失調(diào)可能導(dǎo)致DLBCL中m6A修飾譜異常。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抑制piRNA-30473降低了WTAP的表達(dá)(圖3C,3D)，而其他蛋白表達(dá)無明顯差異。同時(shí)，免疫共沉淀表明，antiagomir-30473處理降低了WTAP與METTTL3和METTTL14的相關(guān)性(圖3E)。
接下來為了證明piRNA-30473在WTAP mRNA中是否存在結(jié)合位點(diǎn)，作者先使用miRNA特異性靶檢測算法確定假定的結(jié)合位點(diǎn)(圖3F)，后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，piRNA-30473通過與WTAP的3’-UTR結(jié)合，降低了WTAP mRNA的衰減，進(jìn)而增強(qiáng)了mRNA的穩(wěn)定性(圖3G,3H)。
圖3 piRNA-30473通過調(diào)控WTAP的表達(dá)介導(dǎo)m6A的甲基化
4. WTAP是DLBCL中piRNA-30473的一個(gè)功能重要的靶基因
作者研究WTAP是否在DLBCL的臨床結(jié)果中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并使用免疫組化分析來評(píng)估DLBCL患者樣本中WTAP蛋白的表達(dá)。免疫組化和GEO數(shù)據(jù)庫分析均顯示WTAP表達(dá)升高預(yù)示DLBCL患者預(yù)后不良(圖4A,4B)。另外耗盡WTAP也可誘導(dǎo)生長抑制和細(xì)胞周期阻滯，且無凋亡跡象(圖4C, 4D, 4E,圖4F)。通過過表達(dá)WTAP可在很大程度上挽救對(duì)piRNA-30473的抑制作用。這些數(shù)據(jù)表明WTAP是piRNA-30473的重要功能靶點(diǎn)，并在DLBCL中發(fā)揮致癌作用。
圖4 WTAP是DLBCL中piRNA-30473的一個(gè)功能重要的靶基因
5. 利用高通量RNA-seq和m6A-seq鑒定WTAP靶基因
為了進(jìn)一步驗(yàn)證WTAP介導(dǎo)的m6A甲基化對(duì)DLBCL細(xì)胞的影響，對(duì)對(duì)照組和WTAP缺失的SU-DHL-8細(xì)胞進(jìn)行m6A測序(m6A-seq)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一致motif DRACH在免疫純化的RNA中富集(圖5A)，m6A位點(diǎn)主要存在于外顯子和3’-UTR中，且m6A位點(diǎn)在終止密碼子附近富集程度最高(圖5B)，并通過篩選差異表達(dá)基因中出現(xiàn)的m6A低甲基化峰，鑒定出136個(gè)基因(圖5C)。
HK2基因有助于腫瘤高糖酵解率，同時(shí)DLBCL在缺氧脅迫下促進(jìn)生長需要HK2。GSEA分析表明，WTAP的潛在靶基因與缺氧信號(hào)顯著相關(guān) (圖5D)，提示HK2是DLBCL中WTAP的關(guān)鍵靶基因。m6A-seq數(shù)據(jù)顯示，WTAP靶向HK2轉(zhuǎn)錄本的5’-UTR, WTAP的敲除導(dǎo)致5’-UTR的m6A水平顯著下降(圖5E)。最后作者為了驗(yàn)證HK2是否是WTAP靶基因，通過構(gòu)建熒光素酶報(bào)告載體和CRISPR/CAS9敲除實(shí)驗(yàn)，證明了HK2是WTAP在DLBCL中的直接下游靶點(diǎn)(圖5F,5G,5H,5I,5J)。
圖5 利用高通量RNA-seq和m6A-seq鑒定WTAP靶基因
6. WTAP介導(dǎo)的HK2調(diào)控依賴于其m6A甲基化酶活性
m6A閱讀器IGF2BP2識(shí)別WTAP轉(zhuǎn)錄本中的m6A位點(diǎn)，以促進(jìn)其穩(wěn)定性。qPCR結(jié)果顯示，IGF2BP2缺陷細(xì)胞中HK2的轉(zhuǎn)錄水平顯著降低(圖6A)，mRNA穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)顯示HK2在IGF2BP2缺陷細(xì)胞中趨于不穩(wěn)定(圖6B)。pGL3-HK2-WT載體的熒光素酶活性通過抑制IGF2BP2而降低，而pGL3-HK2-MUT載體的熒光素酶活性則消失(圖6C)。因此， IGF2BP2與WTAP共同作用，影響DLBCL細(xì)胞中HK2 mRNA的穩(wěn)定性和表達(dá)。此外，考慮到piRNA-30473在腫瘤發(fā)生和疾病進(jìn)展中的功能重要性，利用選擇性抑制劑靶向piRNA-30473/WTAP/HK2軸可能是治療DLBCL的一種有前景的治療策略(圖6D)。
圖6 WTAP介導(dǎo)的HK2調(diào)控依賴于其m6A甲基化酶活性
結(jié)論：
作者證明了piRNA-30473通過調(diào)節(jié)m6A RNA甲基化，從而觸發(fā)下游信號(hào)級(jí)聯(lián)而促進(jìn)DLBCL的腫瘤發(fā)生和不良預(yù)后。該研究強(qiáng)調(diào)了m6A修飾機(jī)制在DLBCL中的功能重要性，并通過揭示一個(gè)之前未被發(fā)現(xiàn)的DLBCL基因調(diào)控機(jī)制，為腫瘤發(fā)生的表觀遺傳機(jī)制提供了深刻的見解。
參考文獻(xiàn)：
Han H, Fan G, Song S, Jiang Y, Qian C, Zhang W, Su Q, Xue X, Zhuang W, Li B. piRNA-30473 contributes to tumorigenesis and poor prognosis by regulating m6A RNA methylation in DLBCL. Blood. 2021, 137(12):1603-1614.