科学前沿:NAT10介导RNA ac4C修饰在肿瘤发生发展中的作用及机制|表观综述

文摘   2024-12-25 11:55   广东  

2024年12月5日,同济十院泌尿外科、同济大学医学院泌尿肿瘤研究所及同济大学癌症中心在《MedComm》期刊上在线发表了题为《The role and mechanism of NAT10-mediated ac4C modification in tumor development and progression》的综述文章。该研究系统回顾了NAT10介导的N4-乙酰胞苷(ac4C)修饰在肿瘤发生和进展中的作用,揭示了ac4C作为一种重要的RNA修饰,如何影响肿瘤的发生、发展以及药物耐受性。


一、研究背景:RNA修饰与肿瘤研究的前沿

随着分子生物学和表观遗传学的飞速发展,RNA修饰已成为癌症研究的重要领域。近年来,ac4C作为一种独特的RNA修饰,因其在调节基因表达、翻译效率及细胞功能中的重要作用,受到广泛关注。N-乙酰转移酶10(NAT10),作为ac4C的唯一Writer蛋白,已被证明在肿瘤发生、发展以及耐药性等方面发挥关键作用。通过深入探讨ac4C修饰如何影响RNA的稳定性和功能,研究人员发现,这一修饰不仅促进了肿瘤细胞的生长和扩展,还可能成为未来肿瘤治疗的重要靶点。


二、ac4C在RNA中的分布:从tRNA到mRNA

Ac4C修饰不仅局限于某一类RNA分子,它在多种RNA类型中都发挥着重要作用。研究表明,ac4C广泛存在于tRNA、rRNA、mRNA、miRNA等多种RNA分子中。每种类型的RNA中ac4C的分布和功能各具特点,展现出其在细胞内多样的生物学功能。



图1 ac4C在RNA上的分布


三、ac4C的分子机制:NAT10的作用

ac4C修饰的关键催化酶是NAT10,它作为ac4C的唯一写入蛋白在RNA分子的修饰中起着决定性作用。NAT10通过在RNA的N4位置添加乙酰基团,改变了胞苷的极性和亲水性,这一化学变化显著增强了RNA分子的稳定性。ac4C修饰不仅能够阻止RNA被核糖核酸酶降解,从而延长其半衰期,还维持了RNA的结构完整性,确保了基因表达的持续性。

NAT10不仅在RNA的稳定性上发挥作用,还通过调控RNA的空间结构来影响翻译效率。研究表明,ac4C修饰可以促进mRNA与翻译机制相关因子(如核糖体和翻译因子)的结合,从而增强mRNA的翻译能力。特别是在mRNA的编码区和5'非翻译区,ac4C的修饰有助于翻译起始的顺利进行,提高蛋白质合成的效率。


图2 NAT10在mRNAs上调节ac4C的机制和功能


四、NAT10在癌症中作用:从肿瘤发生到免疫逃逸

NAT10作为ac4C的唯一Writer蛋白,通过调控RNA的ac4C修饰在癌症的发生、发展及免疫逃逸中发挥关键作用。研究发现,NAT10在不同癌症类型中广泛表达,并通过调控多种下游信号通路,促进肿瘤细胞的生长、转移、治疗耐受及免疫逃逸。

在膀胱癌中,NAT10通过NF-κB信号促进BCL9L、SOX4和AKT1的表达,抑制癌细胞凋亡,同时通过修饰AHNAK和p21介导DNA损伤修复,导致化疗耐药。此外,放疗和化疗诱导的DNA损伤还激活了MORC2的ac4C修饰,从而调节细胞周期并进一步提高治疗抗性。

图3 NAT10在癌症中起着关键作用


图4 癌症中ac4C相关信号通路综述


五、ac4C研究的局限性与挑战:探索与解决

目前对ac4C在癌症中的作用了解有限。虽然NAT10是唯一已知的ac4C Writer蛋白,且已发现NOP58为ac4C的潜在Writer蛋白,SIRT7为其潜在Eraser蛋白,但这些功能仍需进一步验证。现有研究多集中在细胞系或类器官中,体内验证主要依赖异种移植模型,缺乏转基因小鼠模型。ac4C的检测方法仍不成熟,且目前仅能通过定性检测,限制了其作为癌症生物标志物的应用。尽管NAT10和ac4C修饰是癌症治疗的潜在靶标,但缺乏完整的调控机制和有效的抑制剂,使得这些靶点的开发面临挑战。

图5 癌症中ac4C当前研究的局限性和挑战


六、总结

现阶段研究表明,NAT10在多种恶性肿瘤中过表达,且与不良预后相关。NAT10通过调节细胞周期、抑制细胞凋亡、促进EMT,增强肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移。此外,NAT10介导的ac4C修饰稳定mRNA,增强致癌基因的翻译,促进肿瘤进展。ac4C乙酰化在代谢重编程、免疫微环境改变和耐药等多个机制中发挥重要作用。NAT10抑制剂Remodelin通过下调ac4C乙酰化抑制肿瘤生长,并与化疗或免疫疗法联合使用时显示出治疗潜力。ac4C乙酰化作为一种新型RNA修饰,为多种肿瘤治疗的有前途靶点。(DOI:10.1002/mco2.70026)


文章来源于:同济大学医学院泌尿肿瘤研究所


关于易基因ac4C乙酰化RNA免疫沉淀测序

(acRIP-seq)

ac4C RNA乙酰化(N4-acetyicytidine,ac4C),N4位乙酰胞嘧啶,是真核原核生物中保守的化学修饰,早期研究认为ac4C主要存在于tRNA和18S rRNA上。近期研究显示,mRNA上也存在大量的ac4C,该修饰在促进蛋白翻译、影响RNA稳定性和可变剪接、调控基因表达发挥重要作用,是继m6A修饰之后表观转录组学的新兴发展方向。


ac4C RNA修饰的检测,易基因采用基于抗体富集的ac4C RNA乙酰化免疫共沉淀 (acetylated RNA Immunoprecipitation,acRIP)技术:基于抗体特异性结合乙酰化修饰碱基原理,以RNA免疫共沉淀富集乙酰化修饰片段为基础,然后通过高通量测序(acRIP-seq),在转录组范围内研究发生乙酰化的RNA区域,高效获得结果。


易基因提供适用于不同科研需求的acRIP -seq技术:

  • ac4C 乙酰化-常量mRNA acRIP -seq

  • ac4C 乙酰化-常量mRNA +lncRNA acRIP -seq

  • ac4C 乙酰化-微量mRNA +lncRNA acRIP -seq


实验原理:

首先通过poly(A)捕获RNA,将获得的RNA打成100nt左右的小片段;之后使用ac4C特异性抗体进行免疫共沉淀,含有ac4C修饰的RNA片段被富集并回收;进而对回收的RNA进行文库构建、高通量测序和生物信息学分析,通过peak分析鉴定出ac4C修饰的位点。


易基因提供全面的表观基因组学(DNA甲基化、DNA羟甲基化、cfDNA)和表观转录组学(m6A、m5C、m1A、m7G、ac4C、RNA与蛋白互作)、DNA与蛋白互作及染色质开放性技术方案(ChIP-seq、ATAC-seq),详询易基因:0755-28317900





参考文献:

Gu Z, Zou L, Pan X, Yu Y, Liu Y, Zhang Z, Liu J, Mao S, Zhang J, Guo C, Li W, Geng J, Zhang W, Yao X, Shen B. The role and mechanism of NAT10-mediated ac4C modification in tumor development and progression. MedComm (2020). 2024 Dec;5(12):e70026. pii: MCO270026. doi: 10.1002/mco2.70026. PubMed PMID: 39640362.



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