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m6A修饰阅读蛋白YTHDF2的O-GlcNAc糖基化促进HBV相关肝癌进展的新机制

已有 860 次阅读 2023-2-12 14:38 |系统分类:论文交流

    N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)修饰是真核生物mRNA转录后修饰中最常见、最丰富的化学修饰之一,由“Writer”甲基转移酶复合体(包括METTL3、METTL14及辅助因子WTAP等),“Reader” RNA阅读蛋白(包括YTH域家族YTHDF1-3、YTHDC1-2和IGF2 RNA结合蛋白家族IGF2BP1-3等),以及“Eraser”去甲基化酶(FTO和ALKBH5)共同调控【1】。m6A修饰在多种细胞生物学过程中发挥重要作用,包括调控RNA的加工、剪接、转运、降解和翻译等【2,3】。异常的m6A 修饰与多种恶性肿瘤的发生和进展密切相关。

    YTHDF2作为最早被鉴定的m6A修饰阅读蛋白之一,主要分布于细胞质中,介导m6A修饰的mRNA代谢,包括调控靶mRNA的翻译与稳定性等【4】。YTHDF2由一个负责结合m6A的C端YTH结构域和一个富含P/Q/N的N端结构域组成,其表达或功能异常与多种肿瘤的发生与转移密切相关,是潜在的肿瘤治疗靶点之一【5】。目前已报道的YTHDF2蛋白翻译后修饰包括SUMO化修饰、磷酸化修饰、乳酸化修饰等,受肿瘤微环境、胞外信号刺激和细胞营养状况等调控。YTHDF2是否存在其他翻译后修饰?是否影响YTHDF2蛋白的生物学功能,并通过调控下游靶基因的m6A修饰,在HBV相关肝癌的发生发展过程中发挥重要作用?目前国内外未见相关报道。

    2023年2月10日,重庆医科大学感染性疾病分子生物学教育部重点实验室黄爱龙课题组在Signal Transduction and Targeted Therapy在线发表了题为“O-GlcNAcylation of YTHDF2 promotes HBV-related hepatocellular carcinoma progression in an N6-methyladenosine-dependent manner”的研究论文。该研究首次发现乙型肝炎病毒(HBV)感染导致YTHDF2蛋白 O-GlcNAc糖基化修饰增强,质谱和免疫沉淀等实验表明第263位丝氨酸(Ser263)是YTHDF2发生O-GlcNAc修饰的关键位点;进一步m6A-seq、RIP-seq和RNA-seq联合筛选并鉴定到微小染色体维持蛋白2(minichromosome maintenance protein 2, MCM2)和MCM5是其下游靶标;而OGT抑制剂OSMI-1可减弱YTHDF2的 O-GlcNAc修饰,进而抑制HBV相关肝癌进展。该研究首次报道了YTHDF2的一种新的蛋白质翻译后修饰——O-GlcNAc修饰,揭示了病毒感染、蛋白质翻译后修饰与RNA m6A表观修饰之间的动态调控网络,为寻找HBV相关肝癌新的预后标志物和分子靶点提供新思路。

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     氧连接N-乙酰葡萄糖胺(O-linked N-acetylglucosamine,O-GlcNAc)修饰是一种广泛的、动态的蛋白质翻译后修饰方式,参与基因转录、信号转导、细胞周期和代谢等多种细胞生命活动【6,7】。己糖胺生物合成途径(Hexosamine-biosynthesis pathway, HBP)来源的尿苷二磷酸N-乙酰氨基葡萄糖(UDP-GlcNAc)是O-GlcNAc糖基化修饰的供体底物【8】。研究团队在既往研究中发现HBV相关肝癌中,HBP途径关键代谢物UDP-GlcNAc浓度升高,O-GlcNAc修饰水平显著上调【9】。本研究通过免疫沉淀联合质谱(IP-MS)筛选到YTHDF2可能被O-GlcNAc修饰,点突变及IP实验证实Ser263是YTHDF2发生O-GlcNAc修饰的关键位点;O-GlcNAc修饰减弱YTHDF2的泛素化降解、增强其蛋白稳定性,从而促进HBV相关肝癌进展。

    为了进一步寻找YTHDF2调控的下游靶标,研究人员通过m6A-seq、RIP-seq和RNA-seq等多种技术联合筛选并鉴定到MCM2和MCM5是受其调控的m6A修饰分子。RIP、RNA稳定性及荧光素酶活性等实验进一步证实YTHDF2 的O-GlcNAc修饰通过稳定 MCM2、MCM5,促进HBV相关肝癌细胞周期进展和增殖。最后,该研究采用HBV (r)cccDNA感染的Alb-cre小鼠和HBV转基因小鼠构建乙肝相关肝癌模型,验证了YTHDF2 蛋白的O-GlcNAc修饰与MCM2/MCM5表达和肝癌增殖密切相关。

    上述研究结果揭示了HBV感染通过促进己糖胺代谢,导致YTHDF2的O-GlcNAc修饰增强,以m6A依赖的方式调控下游靶基因并促进HBV相关肝癌进展的分子机制。同时,该研究也发现OGT抑制剂OSMI-1可以通过靶向YTHDF2 O-GlcNAc修饰,抑制HBV相关肝癌增殖,提供了一种新的潜在抗癌治疗策略


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    该项目得到国家自然科学基金、国家传染病科技重大专项支持。重庆医科大学杨泱博士、严宇硕士、印家鑫硕士、唐霓教授和汪凯副研究员为该文的并列第一作者;黄爱龙教授为该文的通讯作者。课题组主要聚焦于代谢酶、关键代谢物与乙肝相关肝癌进展的分子机制研究,近年来在JCI、Nat Commun,EMBO J,Cell Death Differ等期刊发表多篇研究论文。


原文链接https://www.nature.com/articles/s41392-023-01316-8 


主要参考文献:

1. Huang, H., Weng, H. & Chen, J. m6A Modification in Coding and Non-coding RNAs: Roles and Therapeutic Implications in Cancer. Cancer Cell 37, 270–288 (2020).

2. Frye, M., Harada, B. T., Behm, M. & He, C. RNA modifications modulate gene expression during development. Science 361, 1346–1349 (2018).

3. Wang, X. et al. N6-methyladenosine-dependent regulation of messenger RNA stability. Nature 505, 117–120 (2014).

4. Chen, X., Zhou, X. & Wang, X. m6A binding protein YTHDF2 in cancer. Exp Hematol Oncol 11, 21 (2022).

5. Liao, J. et al. Insight into the structure, physiological function, and role in cancer of m6A readers—YTH domain-containing proteins. Cell Death Discov. 8, 137 (2022).

6. Parker, M. P., Peterson, K. R. & Slawson, C. O-GlcNAcylation and O-GlcNAc Cycling Regulate Gene Transcription: Emerging Roles in Cancer. Cancers 13, 1666 (2021).

7. Makwana, V., Ryan, P., Patel, B., Dukie, S.-A. & Rudrawar, S. Essential role of O-GlcNAcylation in stabilization of oncogenic factors. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 1863, 1302–1317 (2019).

8. Akella, N. M., Ciraku, L. & Reginato, M. J. Fueling the fire: emerging role of the hexosamine biosynthetic pathway in cancer. BMC Biol 17, 52 (2019).

9. Hu, J. et al. Hexosamine biosynthetic pathway promotes the antiviral activity of SAMHD1 by enhancing O-GlcNAc transferase-mediated protein O-GlcNAcylation. Theranostics 11, 805–823 (2021).



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