清華楊雪瑞研究組發(fā)文報(bào)道RNA異常剪接激活乳腺癌細(xì)胞內(nèi)免疫反應(yīng)及其分子機(jī)制

清華新聞網(wǎng)9月3日電 8月29日，清華大學(xué)生命學(xué)院楊雪瑞研究組在《歐洲分子生物學(xué)學(xué)會(huì)雜志》（The EMBO Journal）發(fā)表論文《乳腺癌細(xì)胞中HNRNPC控制雙鏈RNA誘導(dǎo)的干擾素信號(hào)反應(yīng)的功能》（Function of HNRNPC in breast cancer cells by controlling the dsRNA-induced interferon response），首次報(bào)道調(diào)控RNA剪接的關(guān)鍵蛋白HNRNPC是抑制乳腺癌細(xì)胞干擾素信號(hào)通路并維持腫瘤細(xì)胞快速增殖的核心蛋白。

抑制HNRNPC表達(dá)量導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞內(nèi)源雙鏈RNA（endogenous dsRNA）的大量積聚，進(jìn)而激活一系列下游免疫反應(yīng)，產(chǎn)生顯著的抑癌效果。本研究工作首次將RNA異常剪接與雙鏈RNA激活的干擾素信號(hào)通路聯(lián)系在一起，提出了內(nèi)源RNA調(diào)控腫瘤細(xì)胞免疫反應(yīng)活性的新機(jī)制。

核不均一核糖核蛋白C（HNRNPC）對(duì)RNA剪接過(guò)程中內(nèi)含子（intron）的剪切與外顯子（exon）的正確組裝起著關(guān)鍵作用。HNRNPC在多種類(lèi)型的腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，但其維持腫瘤細(xì)胞生理功能的作用及分子機(jī)制尚不明確。在此前的工作中，楊雪瑞實(shí)驗(yàn)室對(duì)The Cancer Genome Atlas (TCGA) 中大規(guī)模乳腺癌隊(duì)列轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入挖掘，結(jié)果顯示HNRNPC有調(diào)控mRNA代謝與降解的功能。在此線(xiàn)索的指引下，他們?cè)谌橄侔┘?xì)胞MCF7和T47D中進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)敲低HNRNPC激活了腫瘤細(xì)胞中I型干擾素的產(chǎn)生，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，顯著抑制了細(xì)胞增殖與腫瘤生長(zhǎng)。

細(xì)胞內(nèi)干擾素反應(yīng)有多種激活方式，其中最主要的誘因是來(lái)自病原微生物（病毒、細(xì)菌等）的外源RNA或DNA。在特定條件下，來(lái)源于細(xì)胞自身的內(nèi)源RNA或DNA也可以激活干擾素信號(hào)通路，如基因組中內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（ERV）的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。課題組發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌細(xì)胞中敲低HNRNPC所導(dǎo)致的免疫反應(yīng)同樣由細(xì)胞內(nèi)源雙鏈RNA導(dǎo)致。但通過(guò)對(duì)這些雙鏈RNA的深度測(cè)序分析，他們意外地發(fā)現(xiàn)這些雙鏈RNA與ERV無(wú)關(guān)，而是主要來(lái)源于基因組中包含Alu重復(fù)序列的大量?jī)?nèi)含子序列。

基因組中包含大量Alu或Alu片段的重復(fù)序列，蛋白編碼基因的內(nèi)含子區(qū)同樣有大量Alu。正常的RNA剪接機(jī)制會(huì)將這些Alu內(nèi)含子排除在成熟的mRNA分子之外，而HNRNPC在此過(guò)程中扮演了重要的把關(guān)者的角色。課題組的研究證明當(dāng)HNRNPC表達(dá)量不足以維持正常的RNA剪接時(shí)，許多Alu內(nèi)含子序列會(huì)保留在成熟的mRNA分子中并被轉(zhuǎn)運(yùn)出核。這些mRNA不能被正常翻譯，因此會(huì)激活無(wú)義介導(dǎo)的RNA降解（nonsense-mediated decay，NMD）。Alu序列在這些mRNA中往往以雙鏈RNA結(jié)構(gòu)的形式存在，而這些雙鏈RNA結(jié)構(gòu)通常比較難于被降解，因此當(dāng)其所在的異常mRNA分子被各種內(nèi)切及外切酶處理以后，Alu序列被保留下來(lái)，成為細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在的小片段雙鏈RNA并大量累積，最終直接誘發(fā)了腫瘤細(xì)胞內(nèi)干擾素信號(hào)通路，激活下游免疫反應(yīng)。

綜上所述，楊雪瑞課題組這一研究首次發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞內(nèi)的RNA異常剪接可以產(chǎn)生一類(lèi)新的具有免疫活性的內(nèi)源雙鏈RNA，并通過(guò)深入的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)據(jù)分析詳細(xì)闡明了該過(guò)程復(fù)雜的分子機(jī)制。相對(duì)于正常細(xì)胞，腫瘤細(xì)胞為實(shí)現(xiàn)快速增殖、分化等功能，需要維持快速的基因轉(zhuǎn)錄、翻譯等過(guò)程，因此對(duì)RNA生成過(guò)程的質(zhì)控提出了更高的要求。

楊雪瑞實(shí)驗(yàn)室的研究詳細(xì)闡明了HNRNPC作為RNA剪接過(guò)程的關(guān)鍵質(zhì)控機(jī)制對(duì)于腫瘤細(xì)胞的重要意義。更重要的是，研究證明了對(duì)該質(zhì)控過(guò)程的干擾導(dǎo)致了一個(gè)出人意料的結(jié)果：腫瘤細(xì)胞內(nèi)免疫反應(yīng)的激活。這一研究成果也啟發(fā)了更多腫瘤免疫相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題，有望為提高腫瘤免疫治療有效性的策略提供了新的思路。

研究成果示意圖

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院楊雪瑞研究員為本文的通訊作者。CLS項(xiàng)目博士生武玉勝、清華大學(xué)生命學(xué)院博士生趙文溦、PTN項(xiàng)目博士生劉陽(yáng)為本文共同第一作者。本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心、清華大學(xué)自主科研項(xiàng)目提供經(jīng)費(fèi)支持。清華大學(xué)蛋白質(zhì)研究技術(shù)中心基因測(cè)序平臺(tái)、生物計(jì)算平臺(tái)、shRNA文庫(kù)、細(xì)胞功能與影像平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心對(duì)本課題的研究提供了大力支持。

文章鏈接：

http://emboj.embopress.org/content/early/2018/08/29/embj.201899017

供稿：生命學(xué)院 編輯：華山 審核：襄楠