BMC Biology|汪香婷课题组合作揭示长链非编码RNA 可变启动子异构体在肿瘤低氧调控中的新机制

　　

可变启动子指某一特定基因转录本起始端所对应的可变区域。研究发现，人和小鼠基因组中分别有约36%和40%的蛋白质编码基因具有可变启动子。近年来，FANTOM项目发现长链非编码RNA（lncRNA）也存在着大量的可变启动子调控现象。2017年，通过CAGE-seq手段，汪香婷课题组发表在Genome Research的合作工作揭示了神经系统lncRNA的可变启动子调控具有普适性。可变启动子调控极大地增加了转录组的多样性，然而，有关lncRNA可变启动子异构体生物学功能及其分子机制的研究尚十分匮乏。

2021年9月7日，中国科学技术大学附属第一医院汪香婷课题组、中科院昆明动物所孔庆鹏课题组、北京大学基础医学院吴立玲课题组和北京大学口腔医学院俞光岩课题组在国际知名学术期刊BMC Biology上共同在线发表了题为“A pair of long intergenic non-coding RNA LINC00887 variants act antagonistically to control Carbonic Anhydrase IX transcription upon hypoxia in tongue squamous carcinoma progression”的工作。在这项工作中，我们发现了一对在舌癌中特异性高表达的lncRNA可变启动子异构体：LINC00887_TSCC_short（887S）和LINC00887_TSCC_long（887L）。在可变启动子调控下，887S的启动子特异性保留了低氧响应元件（HRE），并在低氧条件下受低氧诱导因子HIF2α的诱导而进一步表达增加。与此对应，因缺乏启动子区域的HRE元件，887L不受低氧调控，其表达量在常氧和低氧条件下均维持在一个相对稳定的范围内。有趣的是，尽管887S和887L在舌癌组织中（与癌旁组织或正常组织比较）的表达均呈现上调，两个异构体对舌癌细胞的生物学作用却表现出一正一反差异调控：887S抑制舌癌细胞的增殖和迁移，而887L促进舌癌细胞的增殖和迁移。利用887S和887L的loss-of-function细胞系进行RNA-seq实验，我们进一步发现了一个受到887S和887L反向调控的下游靶基因，碳酸酐酶Ⅸ（CA9）。

CA9是碳酸酐酶家族中受低氧诱导且特异性在肿瘤中高表达的一个成员，具有调控肿瘤细胞微环境、促进肿瘤生长和转移的作用。我们发现，887S和887L均定位于细胞核中，低氧刺激显著诱导887S和887L与染色体的结合，并分别通过招募甲基转移酶DNMT1和低氧诱导因子HIF1α，对CA9的转录分别发挥抑制和促进作用。CA9启动子上的甲基化位点（CpG site）包含两个CpG dinucleotide，有研究表明DNMT1可以甲基化CpG贫乏区域并产生相对较弱的转录抑制作用。我们由此提出，887S在CA9整体水平上调的低氧环境下对CA9所发挥的转录抑制作用，其目的是通过“点刹”机制防止CA9过度激活所导致的供养不足和pH紊乱等潜在的“细胞毒性”现象，使肿瘤细胞的快速生长保持在“可控”的高水平。因此，887S，这一看似与887L抗衡的可变启动子异构体，可能实则为887L促进肿瘤生长的帮凶。这项工作揭示了一种新型的、经由lncRNA可变启动子异构体介导的肿瘤低氧精细调控机制，为深入探索lncRNA可变启动子异构体的生物学功能和机制、揭示人类基因组的奥秘提供了新的依据和答案。

中国科学技术大学博士后申涛为该论文的第一作者，中国科学院昆明动物所、北京大学口腔医学院和中国科学技术大学的夏王晓，闵赛南，杨紫暄和程乐华为共同第一作者。汪香婷研究员和孔庆鹏研究员为共同通讯作者。吴立玲教授、俞光岩教授，中国科学技术大学张华凤教授以及中国科学技术大学附属第一医院沈国栋研究员等为该工作提供了重要的帮助。

文章链接：https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-021-01112-2。