CDH3-AS1反义RNA通过SINEUP样机制增强P-钙黏蛋白翻译并抑制黑色素瘤进展

本研究发现CDH3-AS1是黑色素瘤中下调最显著的反义RNA，其通过SINEUP样机制与CDH3 mRNA的5' UTR区域相互作用，增强核糖体占据和P-cadherin翻译效率。过表达CDH3-AS1可抑制黑色素瘤生长并促进细胞聚集，揭示了一种新型转录后调控机制，为黑色素瘤治疗提供了潜在靶点。

　　

在皮肤癌中最具侵袭性的黑色素瘤领域，虽然靶向MAPK通路的疗法取得了一定进展，但耐药性问题仍然突出。科学家们逐渐意识到，占人类基因组大部分的非编码RNA可能隐藏着新的治疗机遇。其中，反义RNA（asRNA）作为一类与正义转录本互补的RNA分子，其功能在癌症中仍知之甚少。

在这项发表于《Cell Reports》的研究中，Chadourne等人系统描绘了黑色素瘤形成过程中长链非编码RNA的表达图谱，惊人地发现近半数失调基因属于非编码RNA，而反义RNA占据了相当大的比例。通过深入分析，研究团队锁定了一个名为CDH3-AS1（也称为RP11-615I2.2）的反义RNA，它是黑色素瘤中下调最显著的反义转录本。

CDH3-AS1与其相邻的CDH3基因呈现出协同下调的表达模式。CDH3编码的P-钙黏蛋白（P-cadherin）是一种重要的细胞粘附分子，在黑色素瘤中表达减少。研究人员发现MAPK通路激活是导致这两个基因表达抑制的关键因素，而抑制该通路则能恢复它们的表达。

最为有趣的发现是CDH3-AS1并不影响CDH3 mRNA的稳定性或核质定位，而是通过一种类似于SINEUP的机制增强其翻译效率。SINEUP是一类能够促进靶mRNA翻译的反义RNA，其特点是具有与靶标结合的区域和含有SINE元件的效应区域。CDH3-AS1恰好具备这些特征：它含有与CDH3 mRNA互补的结合域和一个AluJb SINE元件。

通过核糖体分析技术，研究人员证实CDH3-AS1能够增加CDH3 mRNA上的核糖体占据，特别是在5' UTR区域。当研究人员敲低CDH3-AS1时，P-钙黏蛋白水平急剧下降，而CDH3 mRNA水平仅轻微受影响，表明CDH3-AS1主要通过翻译水平调控来影响P-钙黏蛋白的表达。

功能实验表明，过表达CDH3-AS1能够模拟P-钙黏蛋白的肿瘤抑制功能：减少细胞增殖和集落形成，促进细胞聚集，并在小鼠模型中抑制肿瘤生长。相反，敲低CDH3-AS1则减弱细胞聚集能力。这些效应依赖于P-钙黏蛋白，因为当CDH3被同时敲低时，CDH3-AS1的促聚集作用被消除。

研究人员还拓展了这项发现的普遍意义。他们对核糖体分析数据进行全局分析，发现具有5' UTR互补asRNA的mRNA普遍显示出更高的翻译效率，特别是那些具有较长5' UTR的转录本。这表明asRNA通过增强翻译可能是一种比先前认知更为广泛的基因调控机制。

关键技术方法：研究运用RNA测序（RNA-seq）分析黑色素瘤细胞系中的非编码RNA表达谱；通过CRISPR激活（CRISPRa）和慢病毒过表达调控基因表达；采用RNA Pull-down技术验证RNA间相互作用；使用核糖体分析（Ribo-seq）评估翻译效率；通过体外细胞聚集实验和小鼠异种移植模型评估功能影响；利用TCGA和单细胞RNA-seq（scRNA-seq）数据库进行临床相关性分析。

CDH3-AS1和CDH3在黑色素瘤中的表达调控

研究发现CDH3-AS1和CDH3在多数黑色素瘤细胞系中表达显著下调，且这种下调与MAPK通路激活密切相关。利用BRAF抑制剂PLX4720或MEK抑制剂AZD6244处理细胞，能显著增加CDH3-AS1、CDH3和P-钙黏蛋白水平。启动子 motif 分析识别出MAPK通路刺激的转录因子结合位点，包括FRA2、CREM和ATF3。

CDH3-AS1调控P-钙黏蛋白翻译

通过CRISPRa和过表达实验，研究人员发现CDH3-AS1过表达能显著增加P-钙黏蛋白水平而不影响CDH3 mRNA丰度。相反，敲低CDH3-AS1导致P-钙黏蛋白水平急剧下降，远超过CDH3 mRNA的轻微减少。这表明CDH3-AS1主要在翻译水平调控P-钙黏蛋白表达。

CDH3-AS1模拟P-钙黏蛋白的肿瘤抑制功能

功能实验表明CDH3-AS1过表达能减少集落形成、促进细胞聚集，并抑制小鼠体内肿瘤生长，这些效应与CDH3过表达表型相似。转录组分析显示敲低CDH3-AS1或CDH3引起相似的基因表达变化和通路富集，进一步支持CDH3-AS1通过调控P-钙黏蛋白发挥功能。

CDH3-AS1与CDH3 mRNA相互作用并影响核糖体占据

RNA Pull-down实验证实CDH3-AS1与CDH3 mRNA直接相互作用，特别是与5' UTR区域。核糖体分析显示CDH3-AS1敲低导致CDH3 mRNA上的核糖体占据显著减少，特别是在5' UTR和编码区，证实了其翻译调控作用。

CDH3-AS1通过SINEUP样机制增强翻译

研究人员发现CDH3-AS1具有SINEUP的典型特征：结合域与CDH3 mRNA互补，效应域含有AluJb SINE元件。缺失任何区域都会破坏其功能。此外，已知参与SINEUP功能的RNA结合蛋白ILF3和PTBP1也参与调控P-钙黏蛋白表达。

asRNA对翻译的广泛影响

全局分析发现具有5' UTR互补asRNA的mRNA显示出更高的翻译效率，特别是那些具有较长5' UTR的转录本。这表明asRNA通过增强翻译可能是一种广泛的基因调控机制。

研究结论表明，CDH3-AS1作为一种SINEUP样反义RNA，通过增强P-钙黏蛋白翻译在黑色素瘤中发挥肿瘤抑制功能。这一发现不仅揭示了一种新的黑色素瘤抑制机制，还拓展了人们对反义RNA功能的认识，表明通过asRNA增强翻译可能是一种广泛存在的基因调控方式。

讨论部分指出，CDH3-AS1和P-钙黏蛋白在黑色素瘤中的表达受到MAPK通路的强烈抑制，这可能代表了黑色素瘤发生早期的关键事件。虽然临床数据分析显示CDH3表达与患者生存的关系复杂，但单细胞RNA-seq分析证实CDH3-AS1和CDH3在黑色素瘤细胞中的共表达模式及其在不同细胞状态和治疗反应中的动态变化。

这项研究的意义在于发现了一种新的翻译调控机制，并确定了CDH3-AS1/P-钙黏蛋白轴作为潜在的黑色素瘤治疗靶点。更重要的是，它提示了反义RNA在调控基因表达方面的广泛功能，特别是在增强那些具有复杂5' UTR结构的mRNA翻译方面可能具有普遍意义。