RBFOX2

作者：Shasha Bian（卞莎莎） 导读： 脑肿瘤一直是治疗上的难题。其中恶性胶质瘤（Malignant glioma）占所有原发性脑肿瘤的60%，其中位生存期仅约为14个月。 近日，复旦大学基础医学院药理学系、教育部/卫健委/医科院医学分子病毒学重点实验室、上海市病原微生物与感染前沿科学研究基地束敏峰团队在国际权威期刊 PNAS（美国科学院院刊） 上发表了题为“NSUN5/TET2-directed chromatin-associated RNA modification of 5-methylcytosine to 5-hydroxymethylcytosine governs glioma immune evasion” 的研究论文。 该研究发现了NSUN5/TET2/RBFOX2轴调控染色质相关RNA代谢的普适规律，揭示了胶质瘤免疫逃逸的新机制，并提出靶向NSUN5是胶质瘤免疫治疗的潜在策略。在此基础上，进一步筛选到逆转胶质瘤免疫逃逸的小分子药物。 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38547058/ 研究背景 01 脑肿瘤一直是治疗上的难题。其中恶性胶质瘤（Malignant glioma）是成人中最常见和最恶性的原发性脑肿瘤，占所有原发性脑肿瘤的60%。手术难以完全切除，放疗可能会对患者的神经中枢造成损伤，导致放射性痴呆等后遗症。此外，98%的化疗药物和几乎所有蛋白类药物都未能显示出疗效。该病具有极易复发、极易耐药和预后极差等三大特点，严重威胁着人类的生命健康。 近年来，虽然肿瘤免疫治疗对多种类型的肿瘤显示出了令人期待的治疗效果，但胶质瘤对免疫治疗的应答率较低。其根本原因在于胶质瘤处于复杂的肿瘤免疫抑制微环境，即“冷”肿瘤。胶质瘤免疫微环境（TME）与其他实体瘤不同之处在于，其主要由髓系来源的免疫细胞构成，其中最具代表性的是肿瘤相关中性粒细胞（TANs）和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）。 束敏峰团队在前期研究中系统揭示了胶质瘤相关中性粒细胞炎性死亡（NETosis）促进胶质瘤免疫逃逸和导致溶瘤单纯疱疹病毒（oHSV-1）治疗耐药的机制 （详见Nature Communications，2024 Jan 2;15(1):131.）。在本项研究中，研究者将目光转向另一种髓系来源的免疫细胞TAMs。TAMs能够调控肿瘤生长、血管生成、免疫调节和化疗的耐药性，在胶质瘤的发生和发展中发挥关键作用。胶质瘤细胞容易发生免疫逃逸，其特征是肿瘤细胞表面高水平表达一种免疫抑制信号分子CD47。CD47与巨噬细胞表面信号调节蛋白α（SIRPα）结合，启动抑制性信号通路，导致胶质瘤细胞逃避巨噬细胞的吞噬作用。因此，针对CD47信号通路的治疗策略可以促进胶质瘤内巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬，从而限制肿瘤生长，为抗肿瘤治疗提供了可行的免疫靶点（Veillette & Chen, 2018）。 异柠檬酸脱氢酶（IDH）基因突变被认为是胶质瘤发病早期发生的重要事件，可用于判断胶质瘤手术切除范围和患者的预后。柠檬酸脱氢酶1（IDH1）突变常见于2级或3级胶质瘤和继发性胶质母细胞瘤中（Sesanto et al., 2021）。大多数IDH突变发生在IDH1精氨酸132（R132）残基或IDH2精氨酸172（R172）残基上。当IDH1和IDH2催化异柠檬酸盐氧化脱羧形成α-酮戊二酸（α-KG）时，IDH1和IDH2突变将α-KG转化为2-羟基戊二酸（2-HG）。肿瘤代谢产物2-HG的积累会引起表观遗传层面上的改变，导致基因组呈现高度甲基化水平，从而抑制α-KG依赖性酶的活性（Rahme et al., 2023）。IDH1突变的神经胶质瘤患者对免疫治疗表现出更高的抵抗力。因此，临床迫切需要一种针对IDH1突变的胶质瘤患者的靶向抑制剂，结合免疫治疗，以更有效地激活胶质瘤的“冷”微环境，从而发挥肿瘤杀伤作用。 研究进展 02 在这项研究中，研究人员首先利用单细胞测序数据分析发现，恶性肿瘤细胞中NSUN5的表达水平较低。为了进一步探究NSUN5对胶质瘤细胞生长的影响，研究人员建立了三种过表达NSUN5的胶质瘤细胞系与巨噬细胞的体外共培养模型，并通过体内外实验共同证实了TAMs在NSUN5介导的肿瘤生长调节中的作用（图1）。 图1：NSUN5促进了TAMs的吞噬作用 为了进一步探究NSUN5促进巨噬细胞吞噬的机制，研究人员进行了mRNA测序分析，并将目标基因锚定在Wnt信号通路的关键分子CTNNB1上。通过Aza-IP测序、RIP以及核质分离等一系列实验证明了NSUN5与CTNNB1新生的染色质相关RNA（caRNA）之间的直接相互作用。他们发现了NSUN5除了经典的28SrRNA甲基转移酶功能外的新功能，即在CTNNB1的caRNA上引入m5C修饰。进一步发现，NSUN5诱导TET2在染色质上的募集，将m5C转化为5hmc。综合质谱分析结果显示，RNA结合蛋白RBFOX2是5hmc的识别蛋白，它识别5hmc并介导其降解。作为CTNNB1的经典下游效应分子，CD47也被相应抑制，从而增强TAMs的吞噬作用，抑制胶质瘤的发展（图2）。 图2：m5c的动态修饰 针对IDH1突变胶质瘤治疗的挑战，研究人员采用CD47抑制剂RRx-001与IDH1-R132H靶向抑制剂Ivosidenib联合治疗。通过体外细胞水平和小鼠原位胶质瘤模型验证了其抗肿瘤效果。这两种药物的联合使用显示出协同增效的作用，为临床上治疗胶质瘤提供了新的思路（图3）。 图3：NSUN5在CTNNB1 caRNA降解和TAM介导的神经胶质瘤细胞吞噬作用中的作用模型。 研究结论 03 综上，这项研究揭示了RNA中m5c的动态修饰过程，发现了NSUN5蛋白的新功能，即在caRNA上进行m5c修饰，生成的m5c被TET2氧化为5hmc，随后被RBFOX2识别并降解。此外，以CTNNB1作为关键分子，提出通过调控NSUN5，减少CD47诱导的胶质瘤细胞免疫逃逸，促进巨噬细胞吞噬，重塑胶质瘤免疫微环境的新策略。 这为克服神经胶质瘤对免疫治疗的耐药性提供了新的方向。 参考资料： https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38547058/ 1. Veillette A & Chen J (2018) SIRPalpha-CD47 Immune Checkpoint Blockade in Anticancer Therapy. Trends Immunol39(3):173-184. 2. Sesanto R, Kuehn JF, Barber DL, & White KA (2021) Low pH Facilitates Heterodimerization of Mutant Isocitrate Dehydrogenase IDH1-R132H and Promotes Production of 2-Hydroxyglutarate. Biochemistry60(25):1983-1994 3. Rahme GJ, Javed NM, Puorro KL, Xin S, Hovestadt V, Johnstone SE, Bernstein BE. Modeling epigenetic lesions that cause gliomas. Cell. 2023 Aug 17;186(17) 注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 上海｜06月14日-16日 ▶ 第六届上海国际癌症大会将于6月14-16日在上海举办，学科交叉，共同推进肿瘤研究与诊治多模态！ 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会欢迎您的参与！ 点击对应文字 查看详情

In a new study, researchers demonstrate that deregulation of a protein called RBFOX2, involved in RNA splicing, contributes to the progression and metastasis of pancreatic cancer. Pancreatic cancer presents a challenging prognosis, marked by a five-year overall survival rate of merely 12.5%. Diagnosis frequently occurs at an advanced stage, characterized by metastasis to distant sites. The intricate molecular mechanisms governing pancreatic cancer metastasis remain a subject of ongoing research and exploration. In a recent article published in Nature Communications, Moffitt Cancer Center researchers, in collaboration with The Tisch Cancer Institute; St. Jude Children's Research Hospital; the Agency for Science, Technology and Research in Singapore; and the University of Otago in New Zealand, demonstrate that deregulation of a protein called RBFOX2, involved in RNA splicing, contributes to the progression and metastasis of pancreatic cancer. RNA is a nucleic acid that promotes the synthesis of proteins. While the nucleotide sequence of RNA is encoded by the DNA of the genome, RNA molecules undergo several modifications before eventually entering the ribosome to make protein. An important process that modifies RNA sequences is alternative splicing, whereby specific sequences within the RNA molecule may be rearranged, included or excluded. This process results in different versions of RNA molecules generated from a single DNA sequence that will produce protein variants with potentially different activities. Alternative RNA splicing is critical for many cellular processes; however, the involvement of alternative RNA splicing in cancer development is not entirely understood. The research team wanted to assess whether alternative RNA splicing is involved in the development and progression of pancreatic cancer. Through molecular-based laboratory experiments and mouse models, they discovered that RNA-binding proteins involved in splicing regulation were involved in pancreatic cancer progression. One of the key proteins they identified is RBFOX2. Results showed RBFOX2 protein levels were lower in pancreatic cancer cells that had metastasized to other sites. These observations suggest that RBFOX2 may be a tumor suppressor protein that normally functions to inhibit cancer metastasis. The researchers confirmed this hypothesis by demonstrating that loss of RBFOX2 in pancreatic cell lines and mouse models increased cell migration, invasion, tumor development and metastasis. The researchers performed additional experiments to determine the downstream pathways impacted by RBFOX2 that lead to pancreatic cancer progression. They found that RBFOX2 regulates the splicing of RNA molecules that code for proteins involved in cytoskeletal remodeling, with one of the critical molecules being RNA that codes for the protein ABI1. In cells without RBFOX2, the location of ABI1 is redistributed to the cell periphery, where it impacts the cell cytoskeleton and promotes cell migration. These combined observations demonstrate the importance of alternative RNA splicing to pancreatic cancer progression and suggest the need for additional studies to understand the mechanisms regulating RBFOX2 splicing activity fully. "While analyses to date have identified few splicing regulators with prognostic implications in pancreatic cancer, the incidence of exon splicing events conserved across pancreatic tumors and other cancers suggests the processes regulated by alternatively spliced transcripts are integral to cancer progression," said Karen Mann, Ph.D., assistant member of the Department of Molecular Oncology at Moffitt. This study was supported by a Skip Viragh Career Development Award from the Pancreatic Cancer Action Network, the National Cancer Institute (R01CA279713, R01CA244780, R01CA244780, R03CA270679, R61CA278402, P30 CA196521), the Irma T. Hirschl Trust, the Emerging Leader Award from the Mark Foundation and the Ramon Areces Foundation.

N6-甲基腺苷(m6A)甲基化可通过RNA甲基转移酶复合物(MTC)沉积在染色质相关RNA (caRNAs)上，调控染色质状态和转录。然而，MTC被募集到不同基因组位点的机制仍然难以捉摸。2023年8月28日，芝加哥大学何川、陈梦洁及贝克曼研究中心陈建军共同通讯在Nature Cell Biology 在线发表题为“RBFOX2 recognizes N6-methyladenosine to suppress transcription and block myeloid  leukaemia differentiation”的研究论文，该研究发现RBFOX2识别N6-甲基腺苷抑制转录，阻断髓性白血病分化。RBFOX2可以募集MTC成分RBM15，促进启动子相关RNA的甲基化。RBM15也与YTHDC1物理相互作用，将多梳抑制复合体2 (PRC2)募集到RBFOX2结合的位点，从而实现染色质沉默和转录抑制。此外，作者发现RBFOX2/m6A/RBM15/YTHDC1/PRC2轴在髓性白血病中起关键作用。下调RBFOX2显著抑制急性髓系白血病细胞的存活/增殖，促进其髓系分化。RBFOX2也是白血病干细胞/起始细胞自我更新和急性髓性白血病维持所必需的。该研究提出了m6AMTC募集和m6A沉积在caRNAs上的途径，导致位点选择性染色质调节，这对白血病具有潜在的治疗意义。m6A是哺乳动物细胞中最常见的信使RNAs。由m6A甲基转移酶复合物(MTC)安装，由METTL3/14、WTAP7、RBM15/15B8、ZC3H13和VIRMA (KIAA1429)组成，并且可以被去甲基化酶FTO11和ALKBH5去除。m6A对mRNA代谢和翻译的功能影响是通过m6A阅读蛋白介导的，例如含有YTH结构域的蛋白(YTHDC1/2)、YTHDF1/2/3。可以通过直接或间接机制优先结合m6A修饰转录本的阅读器蛋白列表，包括IGF2BP1/2/3、HNRNPA2B1、HNRNPC和HuR，还在继续扩大。虽然m6A在转录后mRNA衰变和翻译调控中的关键作用已经得到了很好的证实，但最近的研究也表明，METTL3/METTL14复合体可以介导非编码染色质相关RNAs (caRNAs)的m6A甲基化，从而调节染色质状态并调控转录；然而，MTC如何被募集到不同的染色质位点以及它如何实现位点选择调控在很大程度上是未知的。此外，YTHDC1是唯一被鉴定的m6A与染色质调控相连接的阅读蛋白。然而，如何募集YTHDC1参与m6A依赖性的位点选择性调控尚不清楚。机理模式图（图源自Nature Cell Biology）该研究展示了一个涉及MTC、YTHDC1和RNA结合蛋白(RBP) RBFOX2的转录调控轴：RBFOX2募集MTC成分RBM15来甲基化启动子相关RNAs (paRNAs)。RBM15进一步与YTHDC1相互作用，将PRC2募集到RBFOX2结合的位点进行转录抑制。RBFOX2/ m6A/RBM15/YTHDC1/PRC2轴在髓性白血病中发挥重要作用，下调RBFOX2可显著抑制急性髓性白血病(AML)细胞的存活/增殖，促进AML细胞向髓性分化。因此，RBFOX2被认为是一种染色质因子，在位点特异性染色质调节过程中促进m6A沉积在caRNAs上，具有治疗白血病的意义。综上，该研究揭示了RBFOX2作为染色质上的m6A结合蛋白在促进caRNA甲基化以抑制转录方面的功能作用。这种调控模式填补了染色质和caRNAs的m6A甲基化之间的串扰中一个关键的缺失环节。文章来源“iNture”责编|文竞择校对|文竞择End往期精选围观历史性突破！不需卵子和精子就可以合成人类胚胎热文富豪用儿子血浆“回春”科学吗？Science：血液牛磺酸缺乏驱动衰老热文世界首例！35岁的她，通过机器人操刀移植的子宫，成功诞下宝宝热文为了避免心脏骤停，53岁的他成为“第一个”植入开创性除颤器的心脏病患者热文首次披露！175家生物制药公司的薪资数据：薪资中位数达20万美元点击“阅读原文”，了解更多~