癌症研究大师Cell揭示不寻常的环状RNA

发表在3月31日《细胞》（Cell）杂志上的一项研究揭示出，就像蛋白质一样，在癌症中环状RNAs也受到基因组重排的影响，导致了异常的融合。并且，这些融合-环状RNAs不仅仅是旁观者；它们似乎促进了肿瘤生长和进展，凸显了它们在疾病中的作用。

　　

生物通报道  癌细胞常因基因组陷入混乱，产生融合蛋白而臭名昭著，两个不相干的基因一旦连接在一起，会呈现出新的有害的功能。这样的基因组混乱到底是如何影响RNA，尤其是广阔而神秘的非编码RNA世界的，很大程度上有待探索。

现在，由贝斯以色列女执事医疗中心(BIDMC)领导的一个研究小组，通过研究一类有趣的非编码RNAs——环状RNAs（circular RNAs）提供了一些早期的答案。发表在3月31日《细胞》（Cell）杂志上的研究结果揭示出，就像蛋白质一样，在癌症中环状RNAs也受到基因组重排的影响，导致了异常的融合。并且，这些融合-环状RNAs不仅仅是旁观者；它们似乎促进了肿瘤生长和进展，凸显了它们在疾病中的作用。

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这篇论文的资深作者是著名癌症遗传学家、哈佛医学院医学教授、BIDMC 癌症中心主任Pier Paolo Pandolfi。早在1994年Pandolfi便开始了肿瘤生物学和遗传学方向的研究生涯，他的研究组曾成功利用小鼠为模型研究并揭示了多种肿瘤发病的分子机理和遗传学机制，包括白血病、淋巴瘤以及前列腺癌等实体肿瘤。

2011年Pandolfi率先提出了竞争性内源RNAs(competing endogenous RNA,ceRNA)调控基因表达假说，认为这种ceRNA活性能形成一种大规模转录调控网络，可以扩大人类基因组中的功能性遗传信息。他们认为这种活性通过miRNAs应答元件，可以作为mRNAs转录假基因，以及长链非编码RNAs相互“交流”的新语言。Pandolfi等人也认为ceRNA活性也在病理条件，比如癌症中扮演了重要角色，因此对于解开一些癌症研究之谜具有重要意义。这一假说引起了科学界的巨大轰动（癌症研究世界级大师发Cell，Nature重要文章 ）。

假基因（Pseudogenes），这一由基因组的2万个蛋白质编码基因衍生而来，现在丧失了蛋白质生成能力的一个长链非编码RNA(lncRNA)子类，长期以来都被视为是基因组的“垃圾”。然而这些在进化过程中保留下的2万个神秘的残余物表明，它们实际上有可能具有一些生物学功能，促进了疾病的形成。2014年Pandolfi领导的一个研究小组提供了首个证据证实，这些非编码的“进化残留物”实际上发挥了致癌作用。这一惊人的研究发现发布在Cell杂志上（ 癌症研究大师Cell惊人发现：致癌的假基因 ）。

2015年9月，Pandolfi与哈佛大学医学院病理学系的WenyiWei博士合作，证实SPOP通过促进ERG癌蛋白泛素化和降解抑制了前列腺癌进展。这一重要的研究发现发布在Molecular Cell杂志上（癌症研究大师Cell子刊发表新研究成果 ）。

Pandolfi说：“癌症实质上是一种基因突变或破碎疾病，因此这促使我们去探究环状RNAs是否像蛋白质一样受到这些染色体断裂的影响。我们的新研究工作为发现更多这样不寻常的RNAs及它们促成癌症的机制铺平了道路，这有可能揭示出与肿瘤进展相关的一些新机制和可用药物控制的信号通路。”

就RNA来说，科学家们的世界观正在发生重大的变化。长期被当作仅仅是一种信使，RNA最众所周知的作用是运送来自基因组的指令到细胞中更遥远的部位，在那里生成蛋白质。然而，仅有2%的基因组会从DNA转录为RNA，随后再翻译成蛋白质。科学家们现在认识到，剩余98%基因组中的大多数（而非全部）——以往被视为无功能的部分事实上转录成为了RNA。这些大量的所谓“非编码RNA”在人类生物学和疾病中所起的作用，现在是一个热点研究领域。

对环状RNAs是否有可能促进了癌症感到好奇，Pandolfi和他的同事着手调查了他们在已知包含不同融合蛋白的肿瘤中能否检测到相关改变，融合蛋白是不同的染色体异常连接在一起，将两个独立的基因融合成一个新的“半人马”样基因而生成的产物。这些染色体易位在各种类型的白血病中常见，因此研究人员检测了两种白血病：急性早幼粒细胞白血病（往往PML和RARα基因之间发生相互易位），和急性髓系白血病（MLL和AF9基因之间发生相互易位）。

研究人员发现了一些异常的融合-环状RNAs (f-circRNAs)，它们对应着与PML-RARα基因融合和MLL-AF9基因融合相关的不同外显子。通常情况下，单个基因可以生成多个环状RNAs，因此发现同一融合基因生成了不同的f-circRNAs并不完全出人意料。

值得注意地是，Pandolfi和同事们在从尤文肉瘤（Ewing sarcoma，软组织癌症）到肺癌等一些实体瘤的样本中也发现了f-circRNAs。并且，该研究小组使用两种不同的方法：PCR扩增及测序方法鉴别了它们，阐明了f-circRNAs是真正的生物实体，而非实验假象。

论文的第一作者、BIDMC的Jlenia Guarnerio博士说：“测序技术和分析方法的进步将提高我们的能力，很容易地检测到这些融合-环状RNAs和它们正常的未融合的对应物。事实上，当我们展望未来在所有癌症中全面地编写它们的目录，深入地认识它们的作用机制时，我们将需要进一步推进这些新方法。”

为了确定f-circRNAs在癌症中是否发挥功能，研究人员通过实验方法将它们导入到了细胞中，使得细胞提高了它们的增殖和过度生长的倾向——这是肿瘤细胞共有的特征。另一方面，当研究人员阻断f-circrna活性时，细胞会恢复正常的行为。

研究人员还利用白血病小鼠模型完成了一些实验。他们将焦点放在了与MLL-AF9融合基因相关的一种特异f-circRNA——f-circM9上。尽管自身不足以引发白血病，f-circM9似乎与其他的促癌信号（例如MLL-AF9融合蛋白）一起作用引起了疾病。另外的研究表明，f-circM9有可能还帮助肿瘤细胞在面对抗癌药物时存活下来。

“这些结果尤其令人兴奋，它们表明了靶向融合-环状RNAs的药物可能是未来寻求癌症治疗进展一种强大的策略，”Pandolfi说。

环状RNAs是在30多年前首次被发现，很大程度上被当作是一种罕见的细胞古怪事物。但斯坦福大学Patrick Brown研究小组发布在2012年的一项研究表明，它们以高水平存在于各种细胞类型中，激发了科学家们努力去研究和了解它们。令人惊讶地是，环状RNAs作为细胞中最丰富的非编码RNAs，在某种程度上由这些分子不寻常的化学稳定性所驱动。不同于线性RNAs，环状RNA不容易受到RNA降解酶的影响。这种持续存留的能力使得它们不仅成为了一种有趣的治疗靶标，还是可以促进疾病诊断的潜在分子信标或生物标记物。

Pandolfi说：“我们对环状RNA的认识才刚刚起步。我们知道，通常情况下，它们可以结合蛋白质、DNA和microRNAs，但还需要做更多的工作来了解融合-环状RNAs的作用机制。对于这些RNAs和它们在癌症和其他疾病作用的作用我们只是了解了一些皮毛而已。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Oncogenic Role of Fusion-circRNAs Derived from Cancer-Associated Chromosomal Translocations

Chromosomal translocations encode oncogenic fusion proteins that have been proven to be causally involved in tumorigenesis. Our understanding of whether such genomic alterations also affect non-coding RNAs is limited, and their impact on circular RNAs (circRNAs) has not been explored. Here, we show that well-established cancer-associated chromosomal translocations give rise to fusion circRNAs (f-circRNA) that are produced from transcribed exons of distinct genes affected by the translocations. F-circRNAs contribute to cellular transformation, promote cell viability and resistance upon therapy, and have tumor-promoting properties in in vivo models. Our work expands the current knowledge regarding molecular mechanisms involved in cancer onset and progression, with potential diagnostic and therapeutic implications.