环状RNA m6A 甲基化修饰在口腔疾病中的研究进展

2023-01-21 06:23杨靖雯周海文
口腔疾病防治 2023年2期
关键词:基转移酶甲基化恶性

杨靖雯, 周海文

上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔黏膜病科,上海交通大学口腔医学院,国家口腔医学中心,国家口腔疾病临床医学研究中心,上海市口腔医学重点实验室,上海市口腔医学研究所,上海(200011)

环状RNA(circular RNA,circRNA)是一种新型非编码RNA,1976 年circRNA 在植物病毒中被首次发现,描述为“共价闭合的单链环状RNA 分子”,起初被认为是RNA 异常剪接的副产物[1]。随着RNA测序技术和生物信息学的发展,研究发现circRNA在生物的发生发展过程中发挥了重要作用:miRNA 海绵功能、调节可变剪接以及调节基因表达[2]。现已发现circRNA 在癌症的发生、发展和耐药性中起着至关重要的作用,且circRNA 在外泌体和人体体液中含量丰富,可通过细胞间通讯对肿瘤微环境产生影响[3]。circRNA 主要由外显子环化形成,广泛稳定存在于生物体内,在基因表达调控中发挥重要作用,可作为疾病的生物标志物,在临床诊断和治疗方面有广阔的应用前景。N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)修饰是发生在碱基腺嘌呤(A)第六位N 原子上的甲基化,主要发生在RRACH 序列中的A 上。近年研究发现,m6A 甲基化修饰circRNA 在人胚胎干细胞中显示出特异性甲基化模式,m6A 修饰可促进circRNA 降解、核输出,并对circRNA 翻译有调控作用[4]。本文就circRNA m6A 甲基化修饰在机体生理过程、恶性肿瘤及口腔疾病中的研究现状作一综述。

1 m6A 修饰概述

m6A 甲基化修饰是一个动态且可逆的过程,这种修饰由3 种调节蛋白控制,分别是甲基转移酶、去甲基化酶和阅读蛋白。①甲基转移酶促使RNA m6A 甲基化,甲基转移酶样蛋白3/14(methyltransferase-like 3/14,METTL3/14)可形成复合物使RNA m6A 甲 基 化,Wilmstunwell binding 蛋 白 辅 助METTL3/14 定位并维持体内m6A 甲基转移酶的催化活性[5],此外,RNA 结合基序蛋白15/15B(RNAbindingmotifprotein 15/15B,RBM15/15B)和类病毒m6A 甲基转移酶(vir-like m6A methyltransferase associated,VIRMA)在调节METTL3 和METTL14 活动中发挥重要作用[6];②去甲基化酶执行RNA 去甲基化功能,肥胖相关蛋白(fat mass and obesity-associated protein,FTO)和alkB 同 源 物5(demethylated by human AlkB homolog H5,ALKBH5)一起维持转录组中m6A 水平的平衡[7-8];③阅读蛋白可识别m6A 位点并结合甲基化RNA,其中最突出的是含有YTH 结构域的RNA 结合蛋白,在细胞质中特异性识别m6A 修饰的mRNA,能与m6A RRACH 片段重叠以介导RNA 特异性结合[9],此外,阅读蛋白还包括异质核核糖核蛋白(eterogeneous nuclear ribonucleoproteins,HNRNP)家族(HNRNPC/HNRNPG/HNRNPL/HNRNPA2B1)[10]、胰岛素样生长因子2 结合蛋白家族(insulin-like growth factor 2 mRNA-binding proteins,IGF2BP1/2/3)及PRRC2A。

2 m6A 修饰对circRNA 的调控作用

2.1 m6A 修饰调节circRNA 翻译

Yang 等[11]发现m6A 基序通过募集YTH m6A RNA 结合蛋白1(YTH m6A RNA binding protein 1,YTHDF1)和翻译起始因子eIF4G2/eIF3A 启动并诱导circRNA 翻译,且数百种的内源性circRNA 具有翻译潜力。近期研究表明,m6A 修饰可通过YTHDF3 和eIF4G2 的识别调节circRNA 翻译[12]。

2.2 m6A 修饰促进circRNA 的核输出

Chen 等[13]首次发现m6A 修饰会促进circRNA的核输出:YTHDC1 可与源自NOP2/Sun 结构域家族成员2(NOP2/Sun domain family member 2,NSUN2)的circNSUN2 结合,促进circNSUN2 以m6A 依赖性方式从细胞核输出到细胞质。此外有研究发现,Hel25E 的同源蛋白UAP56 和URH49 可介导不同长度的circRNA 的出核,然而两者对circRNA 长度测量的详细机制仍不清楚[14]。

2.3 m6A 修 饰 促 进circRNA 降 解

由于封闭的环状结构,circRNA 不易被水解,往往比其亲本线性RNA 更稳定。m6A 甲基化修饰的circRNA 依赖热反应蛋白-12(heat-responsive protein 12,HRSP12)与YTHDF2 结合,通过核糖核酸内切酶切割选择性降解circRNA[15]。

3 circRNA m6A 甲基化修饰在机体生理过程中的作用

3.1 免疫系统

研究表明m6A 甲基化修饰可调控免疫反应,circRNA 为封闭的环状结构,能逃离末端监控系统。研究发现,机体通过YTHDF2 识别m6A 以辨认“自身”circRNA,抑制RIG-I 激活从而抑制先天免 疫[16]。 此 外,源 自NDUFB2 的circNDUFB2(hsa_circ_0007518)可触发非小细胞肺癌细胞的免疫防御反应,通过RIG-I 识别以激活RIG-I-MAVS信号级联,将免疫细胞募集到肿瘤微环境中[17]。

3.2 生殖系统

在雌性生殖系统中,METTL14 介导的m6A 甲基化修饰改变了circGFRα1 向细胞质的输出,circ-GFRα1 通过充当竞争性内源性RNA 促进雌性生殖系干细胞自我更新,吸附miR-449,增强GFRα1表达和激活胶质细胞衍生神经营养因子信号通路[18]。另有研究发现,在雄性生殖细胞中,ALKBH5 和METTL3 通过调节m6A 水平影响circRNA生物合成,circRNA 在减数分裂晚期和早期单倍体雄性生殖细胞中积累并发挥作用,持续供应对晚期精子发生和正常精子功能至关重要的蛋白质[19]。

3.3 肌细胞

随着成肌细胞发育分化,eIF4G2 和m6A 阅读蛋白YTHDF3 的mRNA 相对表达水平增加,m6A 可驱动circRNA 翻译,并预测骨骼肌C2C12 成肌细胞分化过程中差异表达的circRNA 的功能和编码潜力[20]。在高糖处理的血管平滑肌细胞中发现circYTHDC2 的稳定受YTHDC2 介导的m6A 修饰正向调节,而circYTHDC2上调可由血管平滑肌细胞中的高葡萄糖刺激诱导,敲除circYTHDC2 可抑制血管平滑肌细胞的增殖和侵袭并阻止细胞周期进程[21]。

4 circRNA m6A 甲基化修饰在恶性肿瘤中的作用

此前,m6A 甲基化修饰的研究仅局限于mRNA水平,直至2017 年Yang 等[11]报道了由m6A 甲基化驱动的广泛翻译,首次探索了m6A 修饰对circRNA的调控作用,为circRNA 水平的m6A 修饰研究开启了新篇章。该研究发现circRNA 含有大量共有m6A 基序,且在翻译起始因子eIF4G2 和m6A 阅读蛋白YTHDF3 介导单个m6A 位点驱动翻译起始,并被甲基转移酶METTL3/14 增强,被去甲基酶FTO 抑制。研究发现circRNA m6A 修饰在结直肠癌[22]和肝癌[23]发生发展中也具有重要调控作用,m6A 修饰诱导circ1662 剪接与表达可加速YES 关联蛋白1 重组蛋白核转运,从而促进结直肠癌细胞侵袭和迁移;hsa_circ_0007456 通过与hsa-miR-139-5p 结合促进YTHDF1 表达,从而促进HCC 细胞增殖。值得注意的是,Chen 等[13]在结直肠癌肝转移中发现了m6A 甲基化可促进circRNA 的核输出,circNSUN2 通过YTHDC1 与IGF2BP2 从细胞核输出到细胞质,增强下游靶基因HMGA2 的mRNA 稳定性,促进结直肠癌细胞侵袭性,此研究结果为结直肠癌提供了一个潜在的治疗靶点circNSUN2。近年来研究发现circRNA m6A 修饰还在宫颈癌、乳腺癌、肺癌、膀胱癌、下咽鳞癌、肺动脉高压和胃癌等恶性肿瘤的发生和进展中发挥重要调控作用[24]。

5 circRNA m6A 甲基化修饰在口腔领域的研究现状

目前,circRNA 水平的m6A 甲基化修饰在口腔方向的文献极少,研究仅限于在成釉细胞瘤和口腔种植骨吸收方向初步研究。Niu 等[25]首次提供了人类成釉细胞瘤的m6A 修饰表达谱全景观,认为m6A 修饰影响长链非编码RNA 和circRNA 的加工,并鉴定了具有高甲基化或低甲基化m6A 修饰的差异表达的mRNA,这可能有助于观察m6A 介导的基因表达调控机制。在口腔种植方向,RNA 甲基化酶METTL3 作用于成骨细胞外泌体中circ_0008542 的m6A 功 能 位 点,促 进circ_0008542 与miRNA-185-5p 的竞争结合,导致靶基因RANK(receptor activator of NF-kB)的增加和破骨细胞骨吸收的启动;而RNA 去甲基化酶ALKBH5 抑制circ_0008542 与miRNA-185-5p 的结合,从而纠正骨吸收过程,提示可使用释放ALKBH5 的外泌体增强即刻种植体的抵抗力[26]。

此外,口腔扁平苔藓组织异常表达的circRNAs表达谱已构建,表明circRNA 在OLP 的发病机制中发挥了重要作用[27]。Xu 等[28]发现circRNA 在口腔潜在恶性疾病——口腔白斑(oral leukoplakia,OLK)中发挥重要作用,构建了OLK circRNA 表达谱并对OLK 中的差异circRNA 进行了全面的生物信息学分析,源于人白细胞抗原-C(human leukocyte antigen-C,HLA-C)的circHLA-C 是一种很有前景的诊断生物标志物,具有作为OLK 治疗性遗传靶点的潜力;Hsa_circ_0060927 可作为潜在的关键ceRNA,通过上调三结构域蛋白14(tripartite motifcontaining 14,TRIM14)海绵下游miR-195-5p 并促进OLK 癌变,Hsa_circ_0060927 有望成为通过hsa_circ_0060927/miR-195-5p/TRIM14 轴预防和治疗OLK 致癌的分子标志物[29]。但circRNA 水平的m6A 甲基化修饰在口腔恶性及潜在恶性疾病方向的研究仍较少。

m6A 修饰与OSCC 的发生发展密切相关,其中研究最多的是m6A 甲基转移酶METTL3 与METTL14 在OSCC 中的作用,但关于circRNA 的m6A 修饰在OSCC 及口腔潜在恶性疾病中的研究未见报道,因此笔者仅从m6A 相关酶在OSCC 中的研究阐述m6A 甲基化修饰在OSCC 中的研究现状。①METTL3 是调节OSCC 肿瘤发生的关键因素,通过YTHDF1 介导的m6A 修饰增强c-Myc 稳定性,促进OSCC 发 生[30];METTL3 介 导 的m6A 修 饰 促 进BMI1 mRNA 翻译并增强OSCC 的增殖和转移[31];METTL3 还可通过m6A 介导阅读蛋白IGF2BP2 结合 增 强SLC7A11 的mRNA 稳 定 性,促 进OSCC 进展[32];此外,当OSCC 细胞自噬被激活时,METTL14的表达上调,METTL14 的高表达可有效降低OSCC的增殖、迁移和侵袭[33]。②m6A 去甲基化酶FTO可靶向作用于OSCC 中的eIF4G1 转录本并调节细胞自噬和肿瘤发生;在雷帕霉素诱导的OSCC 自噬细胞中发现,敲低FTO 表达后导致eIF4G1 下调,同时促进自噬并抑制肿瘤发生[34];FTO 在有咀嚼槟榔习惯的OSCC 患者黏膜组织和慢性槟榔碱处理的OSCC 细胞系中上调,且FTO 在OSCC 细胞中受到FOXA2 转录因子负调控,表明FTO 在槟榔碱诱导的OSCC 进展中发挥致癌作用[35];③m6A 阅读蛋白HNRNPL 可调节OSCC 组织中SRSF3 的表达和SRSF3 外显子的可变剪接[36],研究表明HNRNPC 可促进OSCC 的癌变,可能成为OSCC 新的生物标志物和治疗靶点[37];沉默HNRNPA2B1 可通过上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)抑制OSCC 的增殖、迁移和侵袭,HNRNPA2B1 可能具有通过LINE-1/TGF-β1/Smad2/Slug 信号通路靶向EMT 促进OSCC 癌变的潜力[38]。

6 小 结

综上所述,circRNA m6A 修饰在多种良恶性疾病中发挥重要临床价值,但在口腔领域仅处于初步探索阶段。circRNA m6A 修饰在口腔恶性疾病和潜在恶性疾病中的作用有广阔的研究前景,深入探索circRNA m6A 修饰在口腔疾病中的调控机制,为口腔恶性疾病及口腔潜在恶性疾病的诊断与治疗提供参考。

【Author contributions】Yang JW wrote the article. Zhou HW revised the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.

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