TERT 剪接的遗传调控机制及其对癌症风险的关键影响 —— 改写生命科学认知的前沿研究

为探究 5p15.33 区域遗传变异与癌症风险关系，美国国家癌症研究所研究人员开展 TERT 剪接遗传调控研究。发现 VNTR6-1 和 rs10069690 影响 TERT 剪接、细胞寿命和癌症风险。该研究为癌症防治提供新视角，值得科研人员一读。

　　

美国国家癌症研究所转化基因组学实验室（Laboratory of Translational Genomics, DCEG, National Cancer Institute）的研究人员 Oscar Florez-Vargas 等人在《Nature Communications》期刊上发表了题为 “Genetic regulation of TERT splicing affects cancer risk by altering cellular longevity and replicative potential” 的论文。这篇论文在癌症遗传学和细胞生物学领域意义重大，为深入理解癌症发生机制、预测癌症风险以及开发新的癌症防治策略提供了关键线索。

研究概述

该研究聚焦于染色体 5p15.33 区域内的遗传变异与癌症风险之间的关系。研究人员发现，TERT（端粒酶逆转录酶，telomerase reverse transcriptase）基因内含子 6 中的可变数目串联重复序列 VNTR6 - 1 以及内含子 4 中的单核苷酸多态性 rs10069690，通过影响 TERT 的剪接过程，改变细胞寿命和复制潜能，进而影响多种癌症的发病风险。

研究背景

染色体 5p15.33 区域包含 TERT 和 CLPTM1L（Cleft Lip and Palate Transmembrane Protein 1 - like）基因，全基因组关联研究（GWAS，Genome - Wide Association Studies）已发现该区域的多个种系变异与癌症风险或保护相关。TERT 编码端粒酶的催化亚基，端粒酶可维持端粒长度和基因组完整性，其功能异常与多种人类疾病有关；CLPTM1L 则是一个推定的癌基因，能促进癌细胞生长和抵抗细胞凋亡。然而，GWAS 识别出的信号可能是因果关系，也可能只是标记了一些已知或未知的功能性多态性。此前，虽然在 5p15.33 区域报道了多个可变数目串联重复序列（VNTRs，Variable Number Tandem Repeats），但由于其高变异性、复杂性以及重复序列导致的基因组片段长度问题，对它们的研究十分有限。不过，长读长基因组测序和组装技术的进步，使得深入探索这些复杂区域成为可能，近期研究也表明 VNTRs 可能与癌症和其他人类性状的 GWAS 信号有关。基于此，研究人员推测 VNTRs 可能是 5p15.33 区域部分 GWAS 信号的原因，从而开展了此项研究。

研究方法

1. 多组学数据分析：研究人员整合了多个公开数据库和自定义数据集，包括来自人类泛基因组参考联盟（HPRC，Human Pangenome Reference Consortium）、阿尔茨海默病及相关痴呆症中心（CARD，Center for Alzheimer’s and Related Dementias）的长读长全基因组测序（WGS，Whole - Genome Sequencing）数据，1000 基因组计划（1000 Genomes Project）的短读长 WGS 数据，以及来自多个癌症研究项目如前列腺、肺癌、结直肠癌和卵巢癌（PLCO，Prostate, Lung, Colorectal and Ovarian）队列、英国生物银行（UKB，UK Biobank）、癌症基因组图谱（TCGA，The Cancer Genome Atlas）和基因型 - 组织表达（GTEx，Genotype - Tissue Expression）项目的数据。通过这些数据，对 TERT 基因区域的遗传变异进行全面分析。
2. 基因编辑与细胞实验：运用 CRISPR/Cas9 技术对膀胱癌细胞系 UMUC3 和肺癌细胞系 A549 中的 VNTR6 - 1 区域进行敲除，构建稳定的敲除克隆。同时，使用 G4 稳定配体处理野生型和敲除细胞系，研究对 TERT 剪接的影响。此外，通过转染 TERT - FL（全长 TERT，TERT - full - length）和 TERT - β 表达质粒，改变细胞中 TERT - FL 和 TERT - β 的比例，研究其对细胞增殖和凋亡的作用。
3. 分子生物学实验技术：采用 RNA 测序（RNA - seq）分析基因表达水平和剪接事件；通过定量聚合酶链反应（qPCR，Quantitative Polymerase Chain Reaction）检测 TERT 不同异构体的表达；运用染色质免疫沉淀测序（ChIP - seq，Chromatin Immunoprecipitation Sequencing）预测 VNTR6 - 1 的 G - 四链体（G4，G - quadruplex）结构；使用免疫荧光染色和结构化照明显微镜（SIM，Structured Illumination Microscopy）观察 TERT 异构体在细胞内的定位。

研究结果

1. VNTR6 - 1 与多癌症 GWAS 信号相关：研究人员分析了 452 个来自不同祖先的对照样本的长读长 WGS 组装数据，发现 VNTR6 - 1（38 - bp 重复单元）与 TERT 内含子 4 中的多癌症 GWAS 信号 rs2242652 和 rs10069690 存在强关联，其重复次数在携带 rs2242652 - A 和 rs10069690 - T 等位基因的样本中更多。相比之下，VNTR6 - 2 与这些信号的关联较弱。进一步通过长读长靶向测序、短读长 WGS 数据分析以及构建随机森林分类器等方法，确认了 VNTR6 - 1 与这些 GWAS 信号的紧密联系，并证明在 WGS 数据集中，VNTR6 - 1 可被可靠地推断为具有短 / 长等位基因的双等位基因标记。
2. VNTR6 - 1 调节 TERT 剪接：CRISPR/Cas9 敲除 VNTR6 - 1 后，UMUC3 和 A549 细胞系中 TERT - FL 的比例增加，表明 VNTR6 - 1 在 TERT - FL 和 TERT - β 异构体的剪接转换中起作用。研究发现 VNTR6 - 1 区域具有高 G 含量，可形成 G4 结构，使用 G4 稳定配体处理细胞后，TERT - FL 比例下降，TERT - β 比例上升，支持了 VNTR6 - 1 - G4 在调节 TERT 剪接比例中的作用。
3. rs10069690 - T 和 VNTR6 - 1 - Long 等位基因影响 TERT 表达和剪接：在 Burkitt 淋巴瘤（BL，Burkitt Lymphoma）肿瘤中，TERT 表达与 rs10069690 - T 等位基因呈负相关，与 VNTR6 - 1 - Long 等位基因也有降低 TERT 表达的趋势。rs10069690 - T 等位基因会导致 TERT 内含子 4 保留增加，产生更多无功能的 INS1b 异构体，同时减少具有功能的 TERT - FL 异构体。VNTR6 - 1 - Long 和 rs10069690 - T 等位基因共同作用，进一步降低 TERT 表达。
4. VNTR6 - 1 调节细胞增殖和凋亡：在 UMUC3 和 A549 细胞系中，VNTR6 - 1 敲除克隆的增殖速度明显慢于野生型细胞，且在血清饥饿或添加顺铂等应激条件下，敲除细胞的凋亡率显著增加。RNA - seq 分析表明，VNTR6 - 1 在促进细胞增殖和抵抗凋亡方面发挥作用。此外，过表达 TERT - β 比 TERT - FL 更能促进细胞增殖，且 TERT - β 与线粒体的共定位更强，提示其在抗凋亡过程中的潜在作用。
5. VNTR6 - 1 和 rs10069690 解释多癌症 GWAS 关联：在 PLCO 队列中，VNTR6 - 1 - Long 等位基因和 VNTR6 - 1/rs10069690 复合标记与 rs10069690 - T 和 rs2242652 - A 等位基因的癌症关联相似，与膀胱癌和前列腺癌风险降低相关，但与乳腺癌、子宫内膜癌、卵巢癌、甲状腺癌和胶质瘤风险升高相关。条件分析显示，考虑 VNTR6 - 1 后，rs2242652 和 rs10069690 的关联被消除或减弱。
6. TERT 异构体与遗传变异和端粒酶相关指标的关联：在 GTEx 和 TCGA 数据集中，TERT - FL 和 TERT - β 异构体与端粒酶相关指标（如 EXTEND 特征、干性、端粒酶特征评分和端粒长度）存在不同程度的相关性。在 UKB 的无癌个体中，VNTR6 - 1/rs10069690 单倍型与相对白细胞端粒长度（rLTL，relative leukocyte telomere length）相关，携带 Short - C 单倍型的个体 rLTL 较短，且该关联在不同年龄组存在差异。

研究结论与讨论

本研究揭示了染色体 5p15.33 区域内的 SNP rs10069690 和 VNTR6 - 1 对 TERT 剪接的遗传调控，是导致多癌症 GWAS 信号 rs2242652 和 rs10069690 与癌症风险关联的原因。VNTR6 - 1 的长 / 短等位基因和 rs10069690 的 T/C 等位基因通过影响 TERT 剪接，改变细胞中 TERT - FL 和 TERT - β 等异构体的比例，进而影响细胞的寿命、复制潜能、增殖和凋亡过程，最终影响癌症风险。例如，在膀胱和前列腺等组织中，VNTR6 - 1 - Long 和 rs10069690 - T 等位基因通过增加抗凋亡的 TERT - β 异构体比例，减少组织再生需求，降低癌症风险；而在脑、甲状腺和卵巢等组织中，相同的等位基因却因促进细胞长寿，增加体细胞突变积累，从而提高癌症风险。

此外，研究还发现 VNTR6 - 1/rs10069690 单倍型与 rLTL 相关，且这种关联在不同年龄组有所不同。携带 Short - C 单倍型的个体 rLTL 较短，在老年个体中更为明显，这可能与 TERT - β 的抗凋亡作用导致循环白细胞中干细胞及其祖细胞的比例增加有关。同时，VNTR6 - 1 - Short、rs10069690 - C 及其 Short - C 单倍型是人类特有的变异，在欧洲百岁老人中比年轻个体更为罕见，这可能与进化过程中对生殖适应性和生长的选择有关，这些变异虽然可能在生殖方面提供优势，但却增加了晚年患癌症的风险。

该研究的重要意义在于，为理解癌症发生的遗传机制提供了新的视角，揭示了复杂遗传变异对癌症易感性和端粒生物学的影响。研究结果有助于优化癌症风险预测模型，为个性化癌症预防和治疗策略的制定提供理论依据。未来进一步研究其他 5p15.33 区域的多癌症 GWAS 信号，以及鉴定与 VNTR6 - 1 结合的特定剪接因子，将有助于更深入地了解癌症发生的分子机制，为开发针对 TERT 基因调控的癌症治疗方法奠定基础。