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Cell重大发现:tRNAs促进肿瘤转移

发布日期:2016/7/25 11:49:18      浏览量:

转运RNAs(tRNAs)最初被认为是基因表达的静态参与者,但是6月2号,洛克菲勒大学的H. Goodarzi研究团队在Cell上发表的文章证明,tRNA也是基因表达的动态调节器,可影响疾病进展。接下来让我们一起来看看他们的研究成果吧。

H. Goodarzi研究团队发现,在人类乳腺癌中,某些特殊的tRNAs表达水平上升会使细胞获得转移能力。通过相关实验表明,tRNAGluUUC与tRNAArgCCG是乳腺癌转移的助推因子。这些tRNAs的增多会增强稳定性与转录物的核糖体结合性,这些转录物富含同源密码子。特别是tRNAGluUUC通过直接增强EXOSC2表达与增强GRIPAP1来构成一条受tRNA驱使的“可诱导”通路,从而促进癌症转移。tRNA因此成为了基因表达的动态调节器,而tRNA密码子谱则能影响疾病进展。

在这个研究中,研究者设置了5种不同人类细胞株实验组。这5种细胞分别是:非肿瘤的上皮细胞系,低转移性的乳腺癌细胞系MDA-231与CN34,以及与他们对应的高转移性亚株MDA-LM2、CN-LM1a。

原来tRNAs表达会插手癌细胞转移

  通过特殊的tRNA建库技术(此为本研究中的关键,详见原文),结合高通量测序得到的tRNA表达谱显示乳腺癌细胞株系中的tRNAs表达水平与那些非肿瘤细胞不同。研究者在MDA-231与CN34亲本癌细胞群体内选择具有高转移能力的细胞株,对比后发现它们在tRNAs丰度上具有相似改变。这些在tRNAs水平上的协同调节说明tRNAs在促进癌症进程中起指导作用。实验结果表明相比起亲本细胞,高转移性细胞(MDA-LM2与CN-LM1a)中的tRNAArgCCG与tRNAGluUUC不管在tRNAs前体水平、成熟tRNAs水平还是基因座都呈现出协同增加。那么tRNAArgCCG与tRNAGluUUC的增加意味着什么呢?研究者通过实验得到下面一个结论。

他们就是幕后推手: tRNAGluUUG与tRNAArgCCG

在MDA-LM2细胞中减少tRNAGluUUG与tRNAArgCCG水平会使细胞的转移能力下降;反之,过表达tRNAGluUUG与tRNAArgCCG水平会使原本低转移能力的细胞获得更强的转移能力。这些结果表明,特定的tRNAs的丰度增加能促进乳腺癌细胞的转移。同时,过表达这些tRNAs的细胞,其侵袭能力明显增强;反之则反。

研究团队通过实验验证了这些发现的生物相关性,并排除了由shRNA表达而引起的脱靶效应影响;还证明了人类乳腺癌细胞中的tRNAGluUUG与tRNAArgCCG表达水平相互影响且可预测转移倾向。

什么?它们还会影响转录稳定性与翻译过程?

  除了促进转移外,过表达这两种tRNAs还会影响什么呢?研究者发现,在tRNAGluUUC过表达细胞中,编码序列中GAR(GAA和GAG)含量较高的基因显著富集;类似的,高CGG含量的基因在tRNAArgCCG过表达细胞中会有更高的翻译量。此外,通过影响蛋白质对应的密码子使用与细胞tRNA含量,可调节蛋白表达水平;在tRNAGluUUG与tRNAArgCCG过表达细胞中,对应的GAR与CGG含量越高的转录物总体来说更加稳定。总而言之,肿瘤细胞的tRNAGluUUG表达水平对其蛋白质谱有重要的调控作用,目标蛋白对密码子使用的变化就可以部分的支持这个结论。

发现tRNAGluUUG下游靶标!

  研究者根据癌细胞中,调控tRNAGluUUG而引起的结果以及tRNAGluUUG对转移能力的影响,作出假设:一组核心基因可能会是tRNAGluUUG作为总调节因子的下游主要影响因子。通过全基因组数据库与核糖体表达谱数据,他们识别出EXOSC2GRIPAP1是这种核心靶基因,这些基因在高转移性细胞中的水平要高于低转移性细胞。研究者通过Western blots与异位显性实验,证明了EXOSC2GRIPAP1是过表达tRNAGluUUG的下游靶标,且当tRNAGluUUG过表达时,癌细胞能利用这些蛋白引起预转移现象。

研究者还进行了临床关系性实验,所得数据不仅支持了他们关于tRNAs调节在促进转移方面所起到的作用的实验结果,而且还佐证了基于tRNAs的通路的发现方法,可作为一种识别转录后调节基因的方法,而通常这种基因有可能不能被传统的转录组图谱发现。

tRNA偏向性,核糖体占位与蛋白表达的关系

  研究人员还尝试理清tRNA偏向性,核糖体占位与蛋白表达的关系。他们观察后发现,随着核糖体占位的增加,高tRNA偏向性的基因明显富集;不同的tRNAs表达水平能通过影响核糖体附着转录的丰度来影响翻译结果。由于tRNAs在转录中的决定性作用,故tRNAs丰度的失调会严重影响细胞蛋白表达谱。结果显示tRNAs密码子谱会严重影响癌症亚群的表达。差异化的tRNAs表达水平能通过影响核糖体结合转录物丰度从而影响翻译结果。

锐博小编:这个研究提出了一个想法,除了很多已知的调节机制外,调节癌细胞tRNA谱可以影响癌症进程启动子表达。研究结果也显示了特殊的tRNAs能与他们的直接作用的转录物形成“可诱导”通路,这些通路能富集他们的同源密码子。值得注意的是,虽然这个研究只是专注于乳腺癌转移,但是这种基于tRNA表达谱的研究方式是通用的,且能用于其他疾病研究并拓展到其他模型与物种。

原文:Goodarzi H, Nguyen H C B, Zhang S, et al. Modulated Expression of Specific tRNAs Drives Gene Expression and Cancer Progression[J]. Cell, 2016, 165(6): 1416-1427.




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