Nature三篇文章揭示剪接体组分突变促进癌症发生
RNA剪接是pre-mRNA去除内含子保留外显子，生成成熟mRNA的过程，对基因的表达具有重要作用。转录本水平的RNA异常剪接在多种癌症类型中被检测到，目前发现与隶属于U2 snRNP的剪接因子SF3B1突变有关。据报道，在髓系白血病、淋巴系白血病和实体瘤中，SF3B1在特定残基位点处反复发生错义突变，在葡萄膜黑色素瘤（uveal melanoma，UVM）中高达14-29%，在环状铁粒幼红细胞骨髓增生异常综合征中高达65-83%。剪接过程主要由U1-U6完成，其中U2主要功能是识别3’剪接位点【1】，突变的SF3B1则导致异常3’剪接位点的使用【2】；U1主要功能是识别5’剪接位点。SF3B1是癌症中最常被检测到突变的RNA剪接因子，但SF3B1突变如何促进癌变的机制目前尚不清楚。是否存在其他剪接组分突变驱动肿瘤发生也有待于进一步研究。
2019年10月10日，Nature杂志3篇背靠背文章对癌症中剪接因子突变进行了报道。这三篇文章的标题分别是（1）Spliceosomal disruption of the non-canonical BAF complex in cancer（2）The U1 spliceosomal RNA is recurrently mutated in multiple cancers（3）Highly recurrent non-coding U1-snRNA mutations drive cryptic splicing in Shh medulloblastom，揭示了U2组分SF3B1突变促进癌变的机制，以及髓母细胞瘤、胰腺癌、CLL、HCC、B细胞非霍奇金淋巴瘤等多种癌症中检测到非编码U1-snRNA发生突变。
第一篇来自美国斯隆凯特林纪念癌症中心的Omar Abdel-Wahab和美国华盛顿大学的Robert K. Bradley 合作研究，利用泛癌剪接分析和CRISPR筛选，鉴定出不同的SF3B1突变都对BRD9产生抑制，BRD9是非典型BAF染色体重塑复合物的核心组分。突变的SF3B1识别BRD9基因内一个异常的内含子支点，诱导了来源于内源性逆转录病毒元件的毒性外显子的形成，导致BRD9 mRNA的降解。BRD9的缺失导致CTCF相关基因位点上非典型BAF复合物的结合丢失，促进黑色素癌变。此外，BRD9被证明在UVM中是一种有效的肿瘤抑制因子，在SF3B1突变细胞中纠正BRD9的错误剪切能够抑制肿瘤生长。
研究人员综合分析SF3B1突变细胞系和249例慢性淋巴白血病、骨髓增生异常综合征和UVM患者样本的错误剪接事件，然后利用CRISPR阳性富集筛选系统进行功能分析。结果显示，BRD9的缺失促进细胞的转化。而且，所有携带SF3B1突变的癌症患者其BRD9都有明显的错误剪接；BRD9敲除能够促进人类UVM、皮肤黑色素瘤、胰腺癌细胞的生长。SF3B1突变导致BRD9内含子序列的外显子化，即毒性外显子的形成，破坏了开放阅读框，引发无义突变介导的RNA降解（nonsense-mediated RNA decay，NMD），降低BRD9 mRNA的半衰期和稳态下全长BRD9蛋白水平，而且没有产生截短的BRD9蛋白。
SF3B1突变导致BRD9毒性外显子形成
SF3B1突变如何导致BRD9毒性外显子的形成？据报道，突变的SF3B1促进隐形3’剪接位点的使用，改变野生型SF3B1的分支识别功能。研究发现，SF3B1突变细胞中，BRD9毒性外显子的形成和不常见的闭合分支位点的使用有关；突变闭合分支位点则BRD9毒性外显子的形成消失。同时，研究人员鉴定出毒性外显子形成所必需的外显子剪接增强子（exonic splicing enhancer）。一旦破坏3’剪接位点和/或外显子剪接增强子就能够在SF3B1突变的UVM细胞中增加BRD9蛋白的表达水平，但在SF3B1野生型的细胞中则对BRD9的剪接和表达没有影响。
BRD9和GLTSCR1/GLTSCR1L组成非典型BAF复合物（ncBAF）的一部分，其生化特点和典型BAF、polybromo相关的BAF不同【3】，而且ncBAF和典型BAF在基因组上的靶向位点也不同。虽然ncBAF不像典型BAF、polybromo相关的BAF在癌症中经常发生突变，但SF3B1突变常常破坏ncBAF。无论是SF3B1突变体表达导致的BRD9蛋白水平减少或者化学药物导致BRD9降解，都导致BRD9和BRG1、GLTSCR1的相互作用消失，但BRG1和BAF155的相互作用（在三种BAF中都存在）保持完整，说明SF3B1突变体特异性破坏ncBAF。ChIP-seq实验显示，BRD9和GLTSCR1共定位，与基因的启动子、基因主体和增强子结合；CTCF motifs和GLTSCR1有明显的共定位，和BRG1共定位不明显。而且，SF3B1突变导致的BRD9缺失引发CTCF相关位点上ncBAF的特异性丢失。
最后，研究人员探究了BRD9在肿瘤发生过程中的作用。敲除Brd9或Brg1导致小鼠体内黑色素瘤生长、黑素细胞色素沉积增加，黑素细胞谱系特异性基因的表达增加；异位表达全长的BRD9能够抑制UVM细胞系和肿瘤移植物的生长。Brd9的缺失可能通过肿瘤抑制子HTRA的表达失调，促进细胞的转化、肿瘤的维持和转移进展。此外，利用CRISPR和ASO技术修正SF3B1突变的细胞中BRD9的毒性外显子形成，能够有效抑制体外肿瘤细胞的生长和小鼠体内肿瘤的生长，并诱发肿瘤细胞坏死。
修正SF3B1突变细胞中BRD9的剪接显著降低肿瘤生长速度
总的来说，研究证明了携带SF3B1突变的多种类型的肿瘤中，非典型BAF都被破坏，驱动了肿瘤的进展；同时揭示了BRD9的肿瘤抑制子的功能及其可能的作用机制，并为治疗这类型的恶性肿瘤提供了机制为基础的治疗方案。
第二篇文章来自于加拿大多伦多大学的Lincoln Stein课题组。他们在多种癌症样本中检测到在U1 snRNA的高频热点突变第3个碱基上发生A>C的体细胞突变，而U1的主要功能是通过碱基配对识别5’剪接位点，这种突变改变了U1和5’剪接位点之间的偏好性，从A-U配对改变到C-G配对，导致了新型的剪接连接，改变了包括癌症驱动基因在内的很多基因的剪接模式。临床上，A>C突变和酒精滥用所致肝细胞癌（HCC）和慢性淋巴白血病（CLL）中非突变性侵袭性IGHV亚型相关，同时U1突变对CLL患者的预后不利。
第三篇文章来自加拿大儿童医院的Michael Taylor课题组，报道了在Shh髓母细胞瘤（Sonic hedgehog medulloblastoma，Shh-MB）中U1剪接体snRNA发生高频热点突变（第3个碱基，A>G），而这种突变在其他髓母细胞瘤亚型中没有出现，在36种其他癌症类型的2442个样本中检出率<0.1%。在婴儿Shh-MB中没有检出该突变，但成人期（Shhδ）突变发生率为97%，青少年（Shhα）发生率为25%。U1-snRNA突变导致肿瘤细胞中RNA剪接异常，并导致肿瘤抑制基因如PTCH1失活，激活癌基因如GLI2、CCND2，驱动肿瘤进展。
综上，3篇背靠背的独立研究揭示了U1剪接体蛋白编码基因SF3B1突变导致3'剪接位点的识别出现异常，U2剪接体非编码组分snRNA突变导致5'剪接位点的识别出现异常，进而肿瘤细胞中mRNA出现异常剪接，导致肿瘤抑制因子失活或激活癌基因，促进癌症发生。这些研究提示我们剪接过程或将是癌症治疗中的潜在靶点。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1646-9
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1651-z
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1650-0
参考文献
1. Cretu, C.et al. Molecular architecture of SF3 band structural consequences of its cancer-related mutations. Mol. Cell 64, 307–319 (2016).
2. Alsafadi, S. et al. Cancer-associated SF3B1 mutations affect alternative splicing by promoting alternative branchpoint usage. Nat. Commun. 7, 10615 (2016).
3. Gatchalian, J. et al. A non-canonical BRD9-containing BAF chromatin remodeling complex regulates naive pluripotency in mouse embryonic stem cells. Nat. Commun. 9, 5139 (2018).
