我院在m6A調控腫瘤細胞能量代謝及其編輯工具方面取得進展

正常細胞代謝所需的能量主要由線粒體氧化磷酸化産生的ATP提供，而腫瘤細胞即便氧供充足也偏好利用糖酵解供能。腫瘤細胞的糖酵解代謝為其提供充足的ATP，利于其生長增殖。近年來，針對腫瘤細胞能量代謝的研究受到廣泛關注，基于腫瘤能量代謝的内在分子機制研究，将對腫瘤治療提供新的指導方向。N6-甲基腺嘌呤（m⁶A）mRNA修飾在細胞的生物學功能具有多種調控作用。研究發現腫瘤細胞的m⁶A修飾調控腫瘤的生長、增殖及轉移，然而m⁶A修飾是否參與腫瘤細胞的能量代謝中尚待深入研究。

近日，太阳集团1088vip王紅勝課題組在Nature Communications期刊上發表題為“N⁶-methyladenosine regulates glycolysis of cancer cells through PDK4” 的研究論文，發現RNA的m⁶A修飾對腫瘤細胞的能量代謝有積極調節作用，其可通過丙酮酸脫氫酶激酶4（PDK4）參與腫瘤細胞的糖酵解和ATP生成。文章鍊接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-16306-5

本研究發現，m⁶A修飾參與腫瘤細胞的糖酵解和ATP生成。甲基轉移酶METTL3的缺失使得m⁶A水平下調，并抑制腫瘤細胞的葡萄糖攝入、乳酸産生速率和ATP生成。m⁶A-seq和功能實驗表明，PDK4的表達受m⁶A調控，且過表達PDK4能逆轉METTL3缺失導緻的腫瘤細胞糖酵解和ATP生成抑制。進一步研究表明，PDK4 mRNA的5’UTR區而非3’UTR區的m⁶A修飾，可通過與YTHDF1/eEF-2複合物和IGF2BP3結合，從而正向調節其mRNA的翻譯延伸及mRNA穩定性。此外，TATA結合蛋白（TBP）可以通過與METTL3啟動子結合增強其轉錄及在宮頸癌細胞中的表達。體内和臨床分析表明，m⁶A/PDK4在宮頸癌和肝癌組織表達上調，且對其發生發展具有促進作用。

m⁶A調控PDK4翻譯及mRNA穩定性介導腫瘤細胞糖酵解示意圖

此外，王紅勝課題組還在Nucleic Acids Research期刊上發表題為“Targeted mRNA demethylation using an engineered dCas13b-ALKBH5 fusion protein” 的研究論文，成功構建基于dCas13b-ALKBH5的融合蛋白體系dm⁶ACRISPR，實現在活細胞内靶向mRNA進行去甲基化修飾。同時，在腫瘤細胞中運用dm⁶ACRISPR靶向促癌基因EGFR和MYC，可顯著降低其表達和抑制腫瘤細胞的生長。 文章鍊接：https://academic.oup.com/nar/article-lookup/doi/10.1093/nar/gkaa269

RNA甲基化修飾約占所有RNA修飾的60%以上，而N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine,  m⁶A）是高等生物mRNA中最為普遍的轉錄後修飾。m⁶A修飾由“編碼器（Writer）”、“消碼器（Eraser）”和“讀碼器（Reader）”共同調控其動态變化。其中，FTO和ALKBH5是目前已知的去甲基化酶，可“擦除”mRNA上的m⁶A修飾。m6A修飾對細胞各生物學行為具有多種調控作用，然而在活細胞内探讨m⁶A修飾在靶mRNA上的具體作用尚未能實現。近年來基于CRISPR/Cas體系發展而來的基因編輯技術發展迅速，其中，酶失活型DNA結合酶dCas9聯合功能蛋白所構建的融合蛋白體系可在活細胞内定向改造DNA的表觀遺傳修飾。與Cas9功能相似，Cas13b可結合并剪切RNA，而酶失活型Cas13b（dCas13b）聯合gRNA可在活細胞内結合靶mRNA，使活細胞内的mRNA表觀遺傳修飾編輯變成可能。

本研究利用dCas13b融合去甲基化酶ALKBH5，結合靶向mRNA的gRNA，構建出可在活細胞内靶向mRNA的m⁶A去甲基化修飾體系dm⁶ACRISPR。該體系具有特異性強、去甲基化效率高和脫靶率低等特點。研究表明，dm⁶ACRISPR可實現CYB5A  mRNA的單位點及CTNNB1 mRNA的多位點去甲基化，提高靶mRNA穩定性。同時，dm⁶ACRISPR具有高度錯配不耐受的特點，其細胞内脫靶率僅為0.03%。此外，在腫瘤細胞中運用dm⁶ACRISPR體系靶向促癌基因EGFR和MYC，可顯著降低其表達水平，同時明顯抑制腫瘤細胞生長，表明dm⁶ACRISPR在疾病防治上具有潛在價值。

dm⁶ACRISPR去甲基化編輯示意圖

上述研究工作獲得國家自然科學基金等多項基金的資助及中山大學第一附屬醫院林水賓研究員、德州大學西南醫學中心江正明教授等課題組的幫助。