生科院林爱福课题组在Nature Metabolism发文揭示RNA介导的细胞器...

　　

细胞器作为物质和能量代谢的重要载体，其独特的生物功能分子有序调控，支持区室内各类生化反应的高效进行。如定位于内质网表面的甾醇结合蛋白SREBPs （sterol-regulatory element binding proteins，SREBPs），能够迅速感应细胞内脂质水平变化，调控脂质合成速率、维持细胞代谢平衡。溶酶体RAGs蛋白（Ras-related GTP-binding proteins, RAGs）能够将mTORC1招募到溶酶体表面完成后续激活，维持细胞物质能量供求平衡。探究细胞器节点生物功能分子的动态调控机制有助于深入了解细胞器代谢调控功能异常与肿瘤等恶性疾病之间的变化规律。

胆固醇作为重要脂质分子元件，参与机体诸多重要生理生化过程。细胞内胆固醇异常升高，一方面为细胞增殖、转移提供了物料保障，一方面通过干扰细胞信号转导驱动多种原癌基因异常高表达，加速肿瘤等多种恶性疾病发生发展。近年来，不断有报道指出胆固醇通过细胞器互作的方式，在线粒体、溶酶体、内质网以及细胞质膜等细胞器之间动态分布。目前对胆固醇介导细胞器互作在肿瘤相关信号转导及代谢调控异常中的作用仍缺乏深入理解。深入解析细胞器互作区域胆固醇代谢调控在肿瘤病变进程中的动态演变规律、效应模式特征，将为肿瘤临床诊断治疗提供潜在新靶点和新策略。

目前已知，90%以上的人类核酸转录本为非编码RNA，长链非编码RNA（LncRNA）作为其中占比最大的类型，在信号转导、细胞代谢、肿瘤发生等进程中发挥重要调控作用。浙江大学林爱福课题组，通过建立细胞器免疫亲和纯化体系，绘制了细胞器LncRNA图谱，揭示了LncRNA的区室化分布特征, 其中响应细胞代谢环境压力，特异性定位于线粒体的LncRNA GAS5能够介导TCA循环代谢区室解离抑制线粒体代谢，展现了区室化LncRNA 在细胞器稳态调控中的重要功能 (Nature Metabolism, 2021)。深入探究LncRNA作为新型调控元件，在多种亚细胞区室的时空分布规律及相关调控功能的动态特性，将拓宽现阶段对lncRNA功能模式及作用方式的认知。

2022年8月22日，浙江大学生命科学学院林爱福课题组在Nature Metabolism杂志在线发表题为“ Long non-coding RNA SNHG6 couples cholesterol sensing with mTORC1 activation in hepatocellular carcinoma”的研究论文。该研究发现肝癌细胞内异常增高的胆固醇，通过诱导LncRNA SNHG6定位于内质网-溶酶体互作区域，激活mTORC1信号通路，促进由非酒精性脂肪肝到肝癌的恶性病变。阐释了区室化LncRNA SNHG6从分子细胞到组织器官多尺度下感应细胞内营养信号、介导细胞器行为调控、促进疾病发生的动态性和可塑性。

该研究基于前期细胞器LncRNA图谱绘制和探索，发现LncRNA SNHG6（small nucleolar RNA host gene 6）特异性响应胆固醇，分布于溶酶体及内质网互作区域，促进肝癌的恶性增殖及不良预后。那么SNHG6是如何具有独特的亚细胞分布特征呢？研究人员利用高通量蛋白组学技术解析了SNHG6在内质网及溶酶体定位的关键连接分子，发现胆固醇能够促进SNHG6与内质网表面蛋白FAF2 （Fas associated factor 2）及mTOR ( mechanistic target of rapamycin kinase) 相互作用。随后，深入解析SNHG6与FAF2/mTOR的结合区域及不同SNHG6截短体在溶酶体、内质网上的定位状态，揭示胆固醇通过调控SNHG6-FAF2-mTOR 信号复合物装配，促使LncRNA SNHG6在内质网-溶酶体互作区域实现动态分布。在此基础上，研究人员进一步解析了SNHG6-FAF2-mTOR 复合物感应及调控胆固醇代谢的分子机制，发现细胞内胆固醇特异性结合FAF2^P354并改变蛋白构象，使FAF2能够与SNHG6-mTOR相互作用形成多元复合物，调控mTORC1溶酶体招募及活化过程, 加速细胞胆固醇合成。上述结果表明SNHG6通过与细胞内胆固醇建立正反馈调控机制促进肝癌恶性增殖。

图1 胆固醇在细胞器互作区域调控SNHG6-FAF2-mTOR信号复合物组装

进一步，作者利用胆固醇诱导的NAFLD-HCC小鼠模型以确认SNHG6在肿瘤动态演进过程中的调控作用，发现在小鼠肝脏中过表达 SNHG6将促进胆固醇诱导的mTORC1信号通路活化，加速小鼠肝脏从非酒精性脂肪肝到肝癌的恶性病变过程。并且，通过敲低肝癌病人组织来源PDX模型中的SNHG6显著抑制了肿瘤的发生发展，为临床肿瘤诊断治疗提供新靶点。

图2  SNHG6在细胞器互作区域内调控胆固醇依赖性的mTORC1活化模式图

综上，该研究通过深入与系统解析细胞器LncRNA SNHG6介导细胞内膜系统精细区域的时空动态代谢调控机制，明确LncRNA定位与功能之间的关系，将拓宽对细胞器动态行为及功能认知的广度和深度，为揭示亚细胞层级代谢及信号调控对肿瘤等人类疾病进展的作用提供崭新视角和理论基础。

浙江大学生科院博士生刘方舟、张祯与暨南大学田甜博士为论文的共同第一作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江大学****、浙江大学齐鲁联合研究院科研项目基金等资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s42255-022-00616-7