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CTM | 中山大学附属第一医院纪卫东团队蛋白组学揭示METTL1介导的m7G-tRNA修饰的致癌机制

精准医学与蛋白组学

2022.11.24

景杰生物 | 报道

迄今为止，不同的RNA分子家族中超过100种不同的核苷修饰被报道，其中tRNA修饰更为丰富[1]。异常的tRNA修饰与多种癌症有关[2]。然而，潜在的分子机制尚不清楚。在tRNA修饰中，7-甲基鸟苷 (m⁷G) 修饰在真细菌、真核生物和少数古细菌中广泛存在。Trm8和Trm82是介导酵母m⁷G修饰的甲基化酶，而人类的METTL1和WDR4分别是Trm8和Trm82的同源基因介导人的 m⁷G甲基化修饰。

Okamoto等人研究已经表明，NSUN2和METTL1基因敲除菌株显著增加了HeLa细胞对5-FU的敏感性[3]，在人类中，WDR4基因突变引起tRNA中的m⁷G46修饰缺失，并导致以面部畸形、脑畸形和严重的癫痫性脑病为特征的头小原发性侏儒症[4]，METTL1或WDR4敲除导致小鼠胚胎干细胞自我更新受阻，并导致神经谱系分化异常。研究报道METTL1具有抑制肺癌作用[5]；相反，在肝细胞癌中METTL1通过抑制PTEN信号促进肝癌细胞增殖和迁移[6] ，提示在不同类型肿瘤中METTL1功能可能不尽相同。那么m⁷G修饰酶METTL1在膀胱癌 (BC) 中的作用如何，是否参与了膀胱癌的发生发展？这些问题有待进一步探讨。

近日，中山大学附属第一医院纪卫东课题组在期刊Clinical and translational medcine上发表了题为 “METTL1-m⁷G-EGFR/EFEMP1 axis promotes the bladder cancer development ” 的研究成果，研究首次提供了强有力的体外和体内证据，揭示了METTL1介导的m⁷G-tRNA修饰在BC中的致癌作用。并运用蛋白组学分析明确了其作用的关键靶基因，阐明了METTL1介导的m⁷G-tRNA修饰的通过METTL1-m⁷G-EGFR/EFEMP1信号轴促进膀胱癌进展的潜在分子机制。景杰生物为该研究提供了蛋白组学分析及基于质谱的靶向蛋白质组定量技术 (PRM) 支持。

研究者首先m⁷G tRNA 还原和断裂测序 (TRAC-Seq) 对tRNA m⁷G修饰单核苷酸分辨图谱分析，研究者在膀胱癌细胞T24中共鉴定到m⁷G TRAC序列分析共识别出20个包含m⁷G修饰的tRNA，分析m⁷G-TRAC序列中的识别位点确定了一个“RRGGU”m⁷G修饰基序，其中第二个鸟苷被修饰。研究者进一步应用RT-qPCR的方法检测m⁷G修饰对tRNA丰度的影响，结果发现包含m⁷G修饰的20种tRNA中有15种tRNA的丰度在敲除METTL1后显著下降，但回复METTL1后tRNA的丰度也随之回复，然而非m⁷G修饰的tRNA的丰度则不受影响。

图1 METTL1介导的m⁷G修饰调节tRNA水平

研究者进行了核糖体图谱测序 (Ribosome profiling sequencing，Ribo-seq) 发现METTL1 缺陷细胞的整体翻译降低，进一步分析发现敲除METTL1后m⁷G tRNA解码密码子占有率在带电tRNA结合位点 (A sites) 中增加，而在A+1位点其密码子占有率无显著差异，提示METTL1介导的tRNA修饰对于有效的密码子识别是必不可少的。

图2 METTL1介导的m7G修饰通过膀胱癌 (BC) 中的密码子识别调节mRNA翻译

研究者运用定量蛋白组学技术进一步分析m⁷G调控的下游靶基因，发现METTL1敲除组及METTL1回复组中差异基因的表达富集涉及与细胞增殖，细胞迁移及肿瘤相关通路。在定量蛋白组的各组间差异基因的KEGG分析中，发现涉及癌症相关通路图ErbB信号通路中EGFR下调，其参与的信号通路如PI3K-Akt 在上述各组学差异基因KEGG富集中均存在，同时敲除METTL1组间差异表达蛋白在蛋白结构域中存在EGF结构域富集，PRM检测结果表明敲除METTL1后EGFR及EFEMP1蛋白水平显著下调。

研究者通过分析EGFR及EFEMP1mRNA密码子频率发现与编码相同氨基酸的非m7G tRNA解码密码子相比，m7G-tRNA解码的密码子占比更多。为了确定EGFR/EFEMP1 mRNA在翻译过程中是否需要m7G tRNA修饰，研究者构建了EGFR/EFEMP1突变体的cDNA，其中m7G tRNA解码的密码子被其非m7G tRNA解码的同义物替换。结果发现，METTL1通过影响m7G tRNA水平上调EGFR/EFEMP1的表达。

图3 METTL1介导的m7G修饰上调EGFR及EFEMP1蛋白表达

综上所述，该研究首次提供强有力的体外和体内证据，揭示了METTL1介导的m⁷G-tRNA修饰在BC中的致癌作用。运用蛋白质修饰组学分析明确了其作用的关键靶基因，该研究阐明了METTL1介导的m⁷G-tRNA修饰的通过METTL1-m⁷G-EGFR/EFEMP1信号轴促进膀胱癌进展的潜在分子机制，为开发针对BC的新靶向疗法提供了理论基础。

图4 METTL1-m7G-EGFR/EFEMP1信号轴促进膀胱癌的进展

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参考文献

1.Boccaletto, P., et al. 2017. MODOMICS: A database of RNA modiﬁcation pathways. 2017 update. Nucleic Acids Res.

2. Torres AG, et al. 2014. Role of tRNA modifications in human diseases. Trends Mol Med. 2014.

3. Okamoto, M.,et al. 2014. tRNA Modifying Enzymes, NSUN2 and METTL1, Determine Sensitivity to 5-Fluorouracil in HeLa Cells. PLoS Genet.

4. Lin, S.,et al. 2018. Mettl1/Wdr4-Mediated m7G tRNA Methylome Is Required for Normal mRNA Translation and Embryonic Stem Cell Self-Renewal and Differentiation. Mol Cell.

5. Pandolfini L, et al. 2019. METTL1 Promotes let-7 MicroRNA Processing via m⁷G Methylation.Mol Cell.

6. Tian QH, et al. 2019. METTL1 overexpression is correlated with poor prognosis and promotes hepatocellular carcinoma via PTEN. J Mol Med (Berl).

7. Xiaoling Ying, et al. 2022. METTL1‐m7G‐EGFR/EFEMP1 axis promotes the bladder cancer development. Clinical and translational medcine.

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