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Cancer Res | 中山大学附属第一医院匡铭团队蛋白组揭示肝癌仑伐替尼耐药的表观翻译调控机制
肝癌是全世界发病率和死亡人数最高的癌症之一，其中肝细胞癌 (HCC) 是最常见的肝癌类型。然而大多数HCC患者通常被诊断为晚期，不能进行根治性手术，因此靶向系统治疗的发展为晚期HCC患者带来了希望。酪氨酸激酶抑制剂仑伐替尼 (lenvatinib) 已被证实可实现与索拉非尼相当的生存获益，并被推荐为自 2018 年以来对晚期HC患者的一线治疗药物。然而，仑伐替尼的耐药性显著降低了其临床疗效。因此，探索其耐药机制，寻找合理联合治疗的潜在靶点，是改善HCC患者预后的迫切需要。
表观遗传调控，包括DNA和组蛋白修饰，在人类癌症的发展和进展中发挥重要作用。除了DNA和组蛋白修饰外，最近的研究也揭示RNA修饰在调控基因表达和癌症进展中的新作用，如mRNA的m6A修饰可以增加致癌转录因子 (如TEAD2) 的稳定性，从而加速肝内胆管癌。此外，近年来的一些研究也表明tRNA可以发生表观遗传修饰，从而稳定其结构，对肿瘤的翻译过程具有重要调节作用。m7G修饰作为tRNA上最丰富修饰之一，其唯一的甲基转移酶METTL1被发现与多种肿瘤进展具有相关性。但METTL1介导的tRNA m7G修饰与肿瘤进展及其翻译调控机制尚缺乏研究。
近日，中山大学附属第一医院匡铭教授团队在肿瘤研究权威期刊Cancer Research (IF=13.176)上在线发表了题为METTL1-mediated m7G tRNA modification promotes lenvatinib resistance in hepatocellular carcinoma 的最新研究成果[1]。该研究对METTL1介导的m7G修饰在肝癌仑伐替尼治疗耐药的功能与翻译调控机制进行了深入的研究，揭示了仑伐替尼耐药的翻译调控机制。景杰生物为该研究提供了4D Label free 蛋白质组学定量技术支持。
图1 METTL1和tRNA m7G修饰水平在仑伐替尼耐药细胞中上调
之前已有文献报道METTL1和WDR4可形成稳定的蛋白质复合物以催化tRNA的m7G修饰，其中METTL1是催化酶，WDR4起调节作用[4]。为了进一步证实在HCC中METTL1调节仑伐替尼耐药的作用，作者在Huh7 LR、PLC/PRF/5-LR、Hep3B LR这三种仑伐替尼耐药细胞中使用特异性的shRNA敲低METTL1，研究发现METTL1敲低不仅降低了tRNA m7G修饰的丰度，而且改善了仑伐替尼耐药细胞的耐药行为。进一步地，作者通过肝癌水动力模型、皮下瘤模型及原位瘤模型也发现，过表达METTL1能促进HCC对仑伐替尼的治疗抵抗，而抑制METTL1的表达则能增强仑伐替尼对HCC的疗效。因此，上述结论表明METTL1及WDR4介导的tRNA m7G修饰在仑伐替尼耐药中发挥了关键作用。
图2 METTL1通过酶促方式诱导HCC细胞对仑伐替尼耐药
为了了解METTL1介导的tRNA m7G修饰在仑伐替尼耐药中的潜在机制，作者首先应用他们之前建立的m7G tRNA 还原和断裂测序 (TRAC-seq) 来研究仑伐替尼耐药的HCC细胞中发生m7G修饰的tRNA。TRAC-seq数据鉴定了仑伐替尼耐药细胞中总共15个含有m7G修饰的tRNA。有趣的是，与亲代细胞相比，在仑伐替尼耐药细胞中，鉴定到tRNA的m7G修饰上调。此外，在耐药细胞中也观察到m7G修饰的tRNA的表达水平增加。总之，耐仑伐替尼的HCC细胞中METTL1/WDR4表达的升高增加了m7G修饰和靶标tRNA的表达，进一步证实了METTL1/WD R4介导的tRNA m7G修饰在仑伐替尼耐药中的重要作用。
图3 METTL1提高仑伐替尼耐药HCC细胞的mRNA翻译活性
为了鉴定METTL1的下游mRNA靶点，作者在METTL1敲低的仑伐替尼耐药细胞中进行了多核糖体研究相关mRNA测序 (polysome mRNA-seq) 来表征mRNA的翻译活性，对数据进行分析发现敲低METTL1会显著影响EGFR通路的翻译效率。进一步地，EGFR途径中翻译效率降低的mRNA之中，EGFR的mRNA具有最丰富的m7G相关密码子，表明EGFR mRNA翻译效率受到最显著的抑制，从而降低其表达水平。接着，作者在METTL1敲低的仑伐替尼耐药细胞中过表达EGFR，发现这样会抵消敲低METTL1对仑伐替尼的增敏作用，而在仑伐替尼耐药细胞中联合干预EGFR和METTL1表达则能进一步增强仑伐替尼的疗效，提示EGFR通路的翻译效率在METTL1介导的tRNA m7G修饰对仑伐替尼耐药的调控中发挥了重要的作用。
图4 METTL1增强EGFR的翻译效率
总而言之，该研究从表观翻译调控的新角度，首次揭示METTL1及其介导的tRNA m7G修饰，通过选择性调控EGFR通路的翻译效率，提高EGFR的表达水平，进而促进肝癌对仑伐替尼的治疗抵抗。该项研究从mRNA翻译调控层面为改善仑伐替尼耐药，提高肝癌患者预后水平提供了新的治疗和干预靶点。
图1 本研究的工作模式图
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参考文献
[1] Huang M, et al., 2022, METTL1-mediated m7G tRNA modification promotes lenvatinib resistance in hepatocellular carcinoma [J]. Cancer Res.
[2] Dai Z, et al., 2021, N(7)-Methylguanosine tRNA modification enhances oncogenic mRNA translation and promotes intrahepatic cholangiocarcinoma progression [J]. Mol Cell.
[3] Orellana EA, et al., 2021, METTL1-mediated m(7)G modification of Arg-TCT tRNA drives oncogenic transformation [J]. Mol Cell.
[4] Alexandrov A, et al., 2005, tRNA m7G methyltransferase Trm8p/Trm82p: evidence linking activity to a growth phenotype and implicating Trm82p in maintaining levels of active Trm8p [J]. RNA.
