Cell重大發(fā)現(xiàn)：tRNAs促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移

轉(zhuǎn)運(yùn)RNAs（tRNAs）最初被認(rèn)為是基因表達(dá)的靜態(tài)參與者，但是6月2號(hào)，洛克菲勒大學(xué)的H. Goodarzi研究團(tuán)隊(duì)在Cell上發(fā)表的文章證明，tRNA也是基因表達(dá)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器，可影響疾病進(jìn)展。接下來(lái)讓我們一起來(lái)看看他們的研究成果吧。

H. Goodarzi研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在人類乳腺癌中，某些特殊的tRNAs表達(dá)水平上升會(huì)使細(xì)胞獲得轉(zhuǎn)移能力。通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，tRNA^Glu_UUC與tRNA^Arg_CCG是乳腺癌轉(zhuǎn)移的助推因子。這些tRNAs的增多會(huì)增強(qiáng)穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)錄物的核糖體結(jié)合性，這些轉(zhuǎn)錄物富含同源密碼子。特別是tRNA^Glu_UUC通過(guò)直接增強(qiáng)EXOSC2表達(dá)與增強(qiáng)GRIPAP1來(lái)構(gòu)成一條受tRNA驅(qū)使的“可誘導(dǎo)”通路，從而促進(jìn)癌癥轉(zhuǎn)移。tRNA因此成為了基因表達(dá)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器，而tRNA密碼子譜則能影響疾病進(jìn)展。

在這個(gè)研究中，研究者設(shè)置了5種不同人類細(xì)胞株實(shí)驗(yàn)組。這5種細(xì)胞分別是：非腫瘤的上皮細(xì)胞系，低轉(zhuǎn)移性的乳腺癌細(xì)胞系MDA-231與CN34，以及與他們對(duì)應(yīng)的高轉(zhuǎn)移性亞株MDA-LM2、CN-LM1a。

原來(lái)tRNAs表達(dá)會(huì)插手癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移

通過(guò)特殊的tRNA建庫(kù)技術(shù)（此為本研究中的關(guān)鍵，詳見(jiàn)原文），結(jié)合高通量測(cè)序得到的tRNA表達(dá)譜顯示乳腺癌細(xì)胞株系中的tRNAs表達(dá)水平與那些非腫瘤細(xì)胞不同。研究者在MDA-231與CN34親本癌細(xì)胞群體內(nèi)選擇具有高轉(zhuǎn)移能力的細(xì)胞株，對(duì)比后發(fā)現(xiàn)它們?cè)?/span>tRNAs豐度上具有相似改變。這些在tRNAs水平上的協(xié)同調(diào)節(jié)說(shuō)明tRNAs在促進(jìn)癌癥進(jìn)程中起指導(dǎo)作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相比起親本細(xì)胞，高轉(zhuǎn)移性細(xì)胞（MDA-LM2與CN-LM1a）中的tRNA^Arg_CCG與tRNA^Glu_UUC不管在tRNAs前體水平、成熟tRNAs水平還是基因座都呈現(xiàn)出協(xié)同增加。那么tRNA^Arg_CCG與tRNA^Glu_UUC的增加意味著什么呢？研究者通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到下面一個(gè)結(jié)論。

 他們就是幕后推手: tRNA^Glu_UUG與tRNA^Arg_CCG

在MDA-LM2細(xì)胞中減少tRNA^Glu_UUG與tRNA^Arg_CCG水平會(huì)使細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力下降；反之，過(guò)表達(dá)tRNA^Glu_UUG與tRNA^Arg_CCG水平會(huì)使原本低轉(zhuǎn)移能力的細(xì)胞獲得更強(qiáng)的轉(zhuǎn)移能力。這些結(jié)果表明，特定的tRNAs的豐度增加能促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。同時(shí)，過(guò)表達(dá)這些tRNAs的細(xì)胞，其侵襲能力明顯增強(qiáng)；反之則反。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些發(fā)現(xiàn)的生物相關(guān)性，并排除了由shRNA表達(dá)而引起的脫靶效應(yīng)影響；還證明了人類乳腺癌細(xì)胞中的tRNA^Glu_UUG與tRNA^Arg_CCG表達(dá)水平相互影響且可預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移傾向。

什么?它們還會(huì)影響轉(zhuǎn)錄穩(wěn)定性與翻譯過(guò)程?

除了促進(jìn)轉(zhuǎn)移外，過(guò)表達(dá)這兩種tRNAs還會(huì)影響什么呢？研究者發(fā)現(xiàn)，在tRNA^Glu_UUC過(guò)表達(dá)細(xì)胞中，編碼序列中GAR（GAA和GAG）含量較高的基因顯著富集；類似的，高CGG含量的基因在tRNA^Arg_CCG過(guò)表達(dá)細(xì)胞中會(huì)有更高的翻譯量。此外，通過(guò)影響蛋白質(zhì)對(duì)應(yīng)的密碼子使用與細(xì)胞tRNA含量，可調(diào)節(jié)蛋白表達(dá)水平；在tRNA^Glu_UUG與tRNA^Arg_CCG過(guò)表達(dá)細(xì)胞中，對(duì)應(yīng)的GAR與CGG含量越高的轉(zhuǎn)錄物總體來(lái)說(shuō)更加穩(wěn)定。總而言之，腫瘤細(xì)胞的tRNA^Glu_UUG表達(dá)水平對(duì)其蛋白質(zhì)譜有重要的調(diào)控作用，目標(biāo)蛋白對(duì)密碼子使用的變化就可以部分的支持這個(gè)結(jié)論。

發(fā)現(xiàn)tRNA^Glu_UUG下游靶標(biāo)!

研究者根據(jù)癌細(xì)胞中，調(diào)控tRNA^Glu_UUG而引起的結(jié)果以及tRNA^Glu_UUG對(duì)轉(zhuǎn)移能力的影響，作出假設(shè)：一組核心基因可能會(huì)是tRNA^Glu_UUG作為總調(diào)節(jié)因子的下游主要影響因子。通過(guò)全基因組數(shù)據(jù)庫(kù)與核糖體表達(dá)譜數(shù)據(jù)，他們識(shí)別出EXOSC2與GRIPAP1是這種核心靶基因，這些基因在高轉(zhuǎn)移性細(xì)胞中的水平要高于低轉(zhuǎn)移性細(xì)胞。研究者通過(guò)Western blots與異位顯性實(shí)驗(yàn)，證明了EXOSC2與GRIPAP1是過(guò)表達(dá)tRNA^Glu_UUG的下游靶標(biāo)，且當(dāng)tRNA^Glu_UUG過(guò)表達(dá)時(shí)，癌細(xì)胞能利用這些蛋白引起預(yù)轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。

研究者還進(jìn)行了臨床關(guān)系性實(shí)驗(yàn)，所得數(shù)據(jù)不僅支持了他們關(guān)于tRNAs調(diào)節(jié)在促進(jìn)轉(zhuǎn)移方面所起到的作用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且還佐證了基于tRNAs的通路的發(fā)現(xiàn)方法，可作為一種識(shí)別轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)基因的方法，而通常這種基因有可能不能被傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄組圖譜發(fā)現(xiàn)。

tRNA偏向性，核糖體占位與蛋白表達(dá)的關(guān)系

研究人員還嘗試?yán)砬錿RNA偏向性，核糖體占位與蛋白表達(dá)的關(guān)系。他們觀察后發(fā)現(xiàn)，隨著核糖體占位的增加，高tRNA偏向性的基因明顯富集；不同的tRNAs表達(dá)水平能通過(guò)影響核糖體附著轉(zhuǎn)錄的豐度來(lái)影響翻譯結(jié)果。由于tRNAs在轉(zhuǎn)錄中的決定性作用，故tRNAs豐度的失調(diào)會(huì)嚴(yán)重影響細(xì)胞蛋白表達(dá)譜。結(jié)果顯示tRNAs密碼子譜會(huì)嚴(yán)重影響癌癥亞群的表達(dá)。差異化的tRNAs表達(dá)水平能通過(guò)影響核糖體結(jié)合轉(zhuǎn)錄物豐度從而影響翻譯結(jié)果。

這個(gè)研究提出了一個(gè)想法，除了很多已知的調(diào)節(jié)機(jī)制外，調(diào)節(jié)癌細(xì)胞tRNA譜可以影響癌癥進(jìn)程啟動(dòng)子表達(dá)。研究結(jié)果也顯示了特殊的tRNAs能與他們的直接作用的轉(zhuǎn)錄物形成“可誘導(dǎo)”通路，這些通路能富集他們的同源密碼子。值得注意的是，雖然這個(gè)研究只是專注于乳腺癌轉(zhuǎn)移，但是這種基于tRNA表達(dá)譜的研究方式是通用的，且能用于其他疾病研究并拓展到其他模型與物種。

原文：Goodarzi H, Nguyen H C B, Zhang S, et al. Modulated Expression of Specific tRNAs Drives Gene Expression and Cancer Progression[J]. Cell, 2016, 165(6): 1416-1427.

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