看這里！miRNA怎樣蹭上m6A熱點發高分？
文章導讀
胰腺癌是一種惡性程度很高，診斷和治療都很困難的消化道惡性腫瘤，約90%為起源于腺管上皮的導管腺癌。其發病率和死亡率近年來明顯上升。5年生存率<1%，是預后最差的惡性腫瘤之一。m6A甲基化修飾是pri-miRNA加工和成熟的重要機制，但其異常調控在人類疾病中的作用尚不清楚。本研究作者發現，吸煙產生的香煙煙霧冷凝液（cigarette smoke condensate，CSC）能夠通過m6A修飾誘導miR-25-3p前體成熟，從而促進胰腺癌的發生發展。
胰腺癌是一種惡性程度很高，診斷和治療都很困難的消化道惡性腫瘤，約90%為起源于腺管上皮的導管腺癌。其發病率和死亡率近年來明顯上升。5年生存率<1%，是預后最差的惡性腫瘤之一。m6A甲基化修飾是pri-miRNA加工和成熟的重要機制，但其異常調控在人類疾病中的作用尚不清楚。本研究作者發現，吸煙產生的香煙煙霧冷凝液（cigarette smoke condensate，CSC）能夠通過m6A修飾誘導miR-25-3p前體成熟，從而促進胰腺癌的發生發展。
發表期刊：NATURE COMMUNICATIONS
影響因子：12.353
實驗方法：miRNA測序、m6A pri-miRNA測序、ChIP qPCR、RNA pull down
實驗材料：CSC（香煙煙霧冷凝液），DMSO（普通化學溶解劑），胰腺導管腺癌細胞，胰腺細胞等
影響因子：12.353
實驗方法：miRNA測序、m6A pri-miRNA測序、ChIP qPCR、RNA pull down
實驗材料：CSC（香煙煙霧冷凝液），DMSO（普通化學溶解劑），胰腺導管腺癌細胞，胰腺細胞等
技術路線
紅色字體部分的實驗，云序提供一站式服務
文章內容
1. CSC誘導PDAC細胞中致癌基因miR-25-3p過表達
CSC處理胰管上皮細胞和未處理組分別進行miRNA測序（云序可提供此服務），篩選到實驗組中差異高表達的miRNA----miR-25-3p。并且，miRNA的表達量對CSC濃度正相關。前面是細胞中的情況，接著作者檢測了抽煙和不抽煙人群胰腺組織中miRNAs的表達水平，發現miR-25-3p在吸煙者中也是高表達的。在正常和胰腺癌細胞中，也發現miR-25-3p在癌細胞中顯著上調。以上結果表明抽煙和PDAC疾病會導致miR-25-3p的表達量顯著上調。接著作者又結合臨床指標，發現miR-25-3p高表達的PDAC病人生存時間較短。同時，miR-25-3p與細胞增殖、遷移和侵襲表型相關。
CSC處理胰管上皮細胞和未處理組分別進行miRNA測序（云序可提供此服務），篩選到實驗組中差異高表達的miRNA----miR-25-3p。并且，miRNA的表達量對CSC濃度正相關。前面是細胞中的情況，接著作者檢測了抽煙和不抽煙人群胰腺組織中miRNAs的表達水平，發現miR-25-3p在吸煙者中也是高表達的。在正常和胰腺癌細胞中，也發現miR-25-3p在癌細胞中顯著上調。以上結果表明抽煙和PDAC疾病會導致miR-25-3p的表達量顯著上調。接著作者又結合臨床指標，發現miR-25-3p高表達的PDAC病人生存時間較短。同時，miR-25-3p與細胞增殖、遷移和侵襲表型相關。
圖1. CSC誘導miR-25-3p及其對PDAC患者存活時間的影響
那么問題來了，CSC是如何導致吸煙者體內miR-25-3p的高表達呢？
2.CSC促進METTL3介導的pri-miR-25成熟
為進一步闡明CSC誘導miR-25-3p的分子機制，作者首先檢測了CSC處理PDAC細胞時pri-miR-25、pre-miR-25和miR-25-3p的表達情況，發現CSC處理能夠降低pri-miR-25表達同時增加pre-miR-25和miR-25-3p表達，暗示CSC可能通過調控pri-miR-25的加工和成熟來誘導miR-25-3p的高表達。由于m6A甲基化修飾在miRNA前體加工和成熟過程中起著重要的調控作用，作者檢測了幾個重要的m6A甲基化轉移酶，查看這些酶是否會影響CSC誘導的miR-25-3p的表達，結果發現CSC會誘導METTL3高表達且呈現濃度依賴性，但對METTL14和WTAP表達無影響。隨后，作者做進一步驗證，發現在PDAC細胞中過表達METTL3酶，能夠顯著降低pri-miR-25水平，升高pre-miR-25和miR-25-3p水平，反之亦然。同時，敲減METTL3也顯著降低CSC誘導的miR-25-3p表達。以上數據暗示，CSC可能通過提高METTL3的表達，進而促使miR-25-3p高表達。
為進一步闡明CSC誘導miR-25-3p的分子機制，作者首先檢測了CSC處理PDAC細胞時pri-miR-25、pre-miR-25和miR-25-3p的表達情況，發現CSC處理能夠降低pri-miR-25表達同時增加pre-miR-25和miR-25-3p表達，暗示CSC可能通過調控pri-miR-25的加工和成熟來誘導miR-25-3p的高表達。由于m6A甲基化修飾在miRNA前體加工和成熟過程中起著重要的調控作用，作者檢測了幾個重要的m6A甲基化轉移酶，查看這些酶是否會影響CSC誘導的miR-25-3p的表達，結果發現CSC會誘導METTL3高表達且呈現濃度依賴性，但對METTL14和WTAP表達無影響。隨后，作者做進一步驗證，發現在PDAC細胞中過表達METTL3酶，能夠顯著降低pri-miR-25水平，升高pre-miR-25和miR-25-3p水平，反之亦然。同時，敲減METTL3也顯著降低CSC誘導的miR-25-3p表達。以上數據暗示，CSC可能通過提高METTL3的表達，進而促使miR-25-3p高表達。
圖2. CSC通過上調METTL3的表達促進了pri-miR-25的成熟
那么問題來了，CSC是如何提高METTL3的表達呢？
3.CSC誘導METTL3啟動子低甲基化并促進其表達
首先，作者通過DNA甲基化低通量驗證技術（云序可提供此服務），證實CSC能夠抑制MeTTL3基因啟動子區域的甲基化程度。通過ChIP-qPCR（云序可提供此服務）實驗，結果顯示CSC處理能夠降低DNA甲基化轉移酶DNMT1和DNMT3a在METTL3啟動子的結合。這種情況在吸煙者的胰腺組織中同樣存在。接著作者通過生信分析確定了調控METTL3的4個潛在轉錄因子，但在腫瘤和非腫瘤的胰腺組織中只有NFIC這個轉錄因子與METTL3的mRNA表達水平呈正相關。為進一步驗證，作者在PDAC細胞中敲減NFIC，發現METTL3和miR-25-3p的表達量顯著降低。此外，吸煙者的非腫瘤胰腺組織中NFIC在METTL3啟動子的結合同樣顯著增加。以上結果表明，CSC通過降低METTL3啟動子區域的DNA甲基化，使其與轉錄因子NFIC結合，進而促進METTTL3的表達。
首先，作者通過DNA甲基化低通量驗證技術（云序可提供此服務），證實CSC能夠抑制MeTTL3基因啟動子區域的甲基化程度。通過ChIP-qPCR（云序可提供此服務）實驗，結果顯示CSC處理能夠降低DNA甲基化轉移酶DNMT1和DNMT3a在METTL3啟動子的結合。這種情況在吸煙者的胰腺組織中同樣存在。接著作者通過生信分析確定了調控METTL3的4個潛在轉錄因子，但在腫瘤和非腫瘤的胰腺組織中只有NFIC這個轉錄因子與METTL3的mRNA表達水平呈正相關。為進一步驗證，作者在PDAC細胞中敲減NFIC，發現METTL3和miR-25-3p的表達量顯著降低。此外，吸煙者的非腫瘤胰腺組織中NFIC在METTL3啟動子的結合同樣顯著增加。以上結果表明，CSC通過降低METTL3啟動子區域的DNA甲基化，使其與轉錄因子NFIC結合，進而促進METTTL3的表達。
圖3. CSC通過降低METTL3啟動子區甲基化促進其表達
4.METTL3通過調控m6A修飾介導pri-miR-25成熟
為進一步探索了METTL3是否影響miR-25-3p成熟，作者首先通過m6Apri-miRNA甲基化測序（云序可提供此服務）分析了pri-miR-25上的m6A位點，發現m6A的確存在于pri-miR-25剪切位點。MeRIP-qPCR（云序可提供此服務）分析顯示，PDAC樣本中pri-miR-25的m6A修飾比非PDAC樣本要高很多。同樣的，CSC處理增加細胞中pri-miR-25的m6A修飾；而過表達METTL3同樣增加pri-miR-25的m6A修飾，敲減METTL3則相反。這些結果暗示METTL3在m6A的形成和miR-25-3p的成熟中發揮著重要作用。為檢測m6A是否直接調控miR-25成熟，作者利用體外轉錄的含m6A的pri-miR-25（[m6A]pri-miR-25）和不含m6A修飾的pri-miR-25進行了體外RNA成熟實驗，結果顯示，[m6A]pri-miR-25被剪切成的pre-miR-25顯著增加；當pri-miR-25上METTL3結合區域發生突變后，pri-miR-25被剪切成的pre-miR-25顯著降低。這些體外結果與細胞內相一致，提示吸煙者和PDAC病人中高表達的miR-25-3p可能是由于香煙刺激導致METTL3高表達，增加pri-miR-25上m6A修飾所致的。
為進一步探索了METTL3是否影響miR-25-3p成熟，作者首先通過m6Apri-miRNA甲基化測序（云序可提供此服務）分析了pri-miR-25上的m6A位點，發現m6A的確存在于pri-miR-25剪切位點。MeRIP-qPCR（云序可提供此服務）分析顯示，PDAC樣本中pri-miR-25的m6A修飾比非PDAC樣本要高很多。同樣的，CSC處理增加細胞中pri-miR-25的m6A修飾；而過表達METTL3同樣增加pri-miR-25的m6A修飾，敲減METTL3則相反。這些結果暗示METTL3在m6A的形成和miR-25-3p的成熟中發揮著重要作用。為檢測m6A是否直接調控miR-25成熟，作者利用體外轉錄的含m6A的pri-miR-25（[m6A]pri-miR-25）和不含m6A修飾的pri-miR-25進行了體外RNA成熟實驗，結果顯示，[m6A]pri-miR-25被剪切成的pre-miR-25顯著增加；當pri-miR-25上METTL3結合區域發生突變后，pri-miR-25被剪切成的pre-miR-25顯著降低。這些體外結果與細胞內相一致，提示吸煙者和PDAC病人中高表達的miR-25-3p可能是由于香煙刺激導致METTL3高表達，增加pri-miR-25上m6A修飾所致的。
圖4. METTL3通過調控m6A修飾促進pri-miR-25成熟
5. NKAP為pri-miR-25中m6A的識別蛋白
為找到pri-miRNA的reader酶，作者通過RNA Pull Down（云序可提供此服務）聯合質譜，找到22個與pri-miRNA m6A結合的蛋白。DGCR8是pri-miR-25加工成熟過程中重要的酶，做coIP（云序可提供此服務）后發現有9個蛋白與DGCR8相互作用。兩者取交集后發現NKAP，為pri-miR-25中m6A的識別蛋白。
為找到pri-miRNA的reader酶，作者通過RNA Pull Down（云序可提供此服務）聯合質譜，找到22個與pri-miRNA m6A結合的蛋白。DGCR8是pri-miR-25加工成熟過程中重要的酶，做coIP（云序可提供此服務）后發現有9個蛋白與DGCR8相互作用。兩者取交集后發現NKAP，為pri-miR-25中m6A的識別蛋白。
圖5. NKAP是pri-miR-25中m6A的識別蛋白
6. miR-25-3p靶向PHLPP2激活AKT-p70S6K信號通路
接下來，作者研究了miRNA與其靶基因的作用機制，借助生信分析預測了miR-25-3p的潛在靶基因PHLPP2。通過熒光素酶和過表達以及敲除實驗證實PHLPP2確實是miR-25-3p的潛在靶基因。最后，對文章進行了升華，證實靶基因參與了AKT信號通路并影響p70S6K磷酸化水平。
接下來，作者研究了miRNA與其靶基因的作用機制，借助生信分析預測了miR-25-3p的潛在靶基因PHLPP2。通過熒光素酶和過表達以及敲除實驗證實PHLPP2確實是miR-25-3p的潛在靶基因。最后，對文章進行了升華，證實靶基因參與了AKT信號通路并影響p70S6K磷酸化水平。
圖6. 在PDAC中吸煙可通過miR-25-3p激活AKT-p70S6K信號
總結
在本研究中，作者首先通過miRNA高通量測序手段，在CSC處理組中篩到表達最高的miR-25-3p，并在臨床和功能上意義重大。
隨后，作者兵分兩路，深入挖掘miR-25-3p差異表達原因及其功能。
一方面：證實CSC誘導METTL3啟動子低甲基化并通過轉錄因子NFIC使其表達升高，從而增加pri-miR-25的m6A甲基化程度；一方面：找到了pri-miR-25的m6A甲基化識別蛋白為NKAP，通過與miRNA成熟加工蛋白DGCR8和Drosha形成復合體促進pri-miR-25成熟為miR-25-3p；最后通過生信手段找到miR-25-3p的靶基因PHLPP2，證實其通過激活AKT癌癥信號通路促進PDAC的發生和發展。
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