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为探究 CMTR1 在癌症中的作用及治疗潜力，研究人员利用 TCGA 和 CPTAC 数据集进行多组学分析，结合基因编辑等实验。结果发现 CMTR1 在多种癌症中上调，影响 RNA 代谢和肿瘤生长，还筛选出潜在抑制剂，为癌症治疗提供新方向。
在生命的微观世界里，基因的表达调控如同精密的交响乐，每一个音符都至关重要。mRNA 帽（mRNA cap）作为 RNA 聚合酶 II 转录 RNA 的 5’端高度甲基化修饰结构，在真核基因表达中扮演着多重关键角色，它就像给 RNA 戴上了一顶 “安全帽”，不仅能保护 RNA 不被降解，还参与 RNA 加工、核输出和翻译起始等过程，同时帮助细胞识别自身的 mRNA，防止被免疫系统误杀。而帽甲基转移酶 1（cap methyltransferase 1，CMTR1）作为 mRNA 帽形成过程中的关键核 mRNA 帽甲基转移酶，负责催化第一个转录核苷酸的 2’-O - 甲基化，在这场基因表达的 “交响乐” 中有着独特的意义。
以往的研究发现，CMTR1 在胚胎干细胞分化和病毒感染时的免疫反应中发挥着作用。然而，在癌症这个复杂的 “战场” 上，CMTR1 的角色却一直迷雾重重。虽然已有一些线索暗示它与癌症进展有关，比如在肺癌患者中发现了 CMTR1-ALK 融合，在结直肠癌和胃癌中也观察到 CMTR1 对肿瘤生长的促进作用，但这些只是冰山一角，CMTR1 在人类癌症中的基因组和转录组改变，以及它具体的功能机制，仍然是未解之谜。
为了揭开 CMTR1 在癌症中的神秘面纱，来自美国韦恩州立大学医学院（Wayne State University School of Medicine）和芭芭拉?安?卡尔马诺斯癌症研究所（Barbara Ann Karmanos Cancer Institute）的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Cell Communication and Signaling》杂志上，为癌症研究领域带来了新的曙光。
研究人员运用了多种关键技术方法来开展这项研究。首先，他们从癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas，TCGA）和临床蛋白质组肿瘤分析联盟（Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium，CPTAC）获取数据，进行生物信息学分析，对比肿瘤组织和正常组织中 CMTR1 的表达差异。同时，利用 CRISPR 介导的基因编辑技术在 4T1 小鼠乳腺癌模型中敲除 Cmtr1 基因，以及通过 siRNA 干扰技术在人基底样乳腺癌细胞系 MDA-MB-436 中敲低 CMTR1 表达，以此探究 CMTR1 对肿瘤细胞生长和侵袭的影响。此外，还通过 RNA 测序（RNA-Seq）分析 CMTR1 敲除或敲低后基因表达的变化，并借助通路富集分析寻找受 CMTR1 调控的关键通路。最后，利用虚拟筛选和生化分析技术，从美国国家癌症研究所（NCI）的化合物库中筛选潜在的 CMTR1 抑制剂。
一、CMTR1 在多种癌症中的表达差异
研究人员分析 TCGA 和 CPTAC 数据集后发现，在多种癌症中，CMTR1 在 mRNA、蛋白质和磷酸化蛋白水平上均有显著变化。在 TCGA 数据集中，与正常相邻组织相比，CMTR1 在乳腺癌（BRCA）、膀胱癌（BLCA）、结直肠癌（COADREAD）、头颈部癌（HNSC）和肝癌（LIHC）等五种癌症中的 RNA 水平显著升高；在 CPTAC 数据集中，CMTR1 蛋白在结肠癌（COAD）、HNSC、肺腺癌（LUAD）、肺鳞癌（LUSC）和卵巢癌（OV）等肿瘤类型中显著上调 。进一步分析发现，CMTR1 的磷酸化位点 S51 和 S53 在多个肿瘤类型中磷酸化水平显著升高，且其乙酰化水平在 LUAD 和 LUSC 中也有所上调。有趣的是，在子宫内膜癌（UCEC）中，CMTR1 的表达呈现出异质性，在浆液性亚型中表达升高，且与患者无进展生存期和总生存期降低相关，而在子宫内膜样亚型中表达降低或不变。
二、CMTR1 对肿瘤生长的促进作用
通过对超过 1000 个肿瘤细胞系的全基因组 CRISPR 筛选数据（DepMap 24Q2）分析，研究人员发现 CMTR1 的癌症依赖评分显著低于 CMTR2，这意味着 CMTR1 对肿瘤细胞生长和存活更为关键。在 4T1 小鼠乳腺癌细胞系和人基底样乳腺癌细胞系 MDA-MB-436 中，分别通过 CRISPR 基因编辑敲除和 siRNA 干扰敲低 CMTR1 后，细胞的生长、克隆形成能力和侵袭能力均受到显著抑制。将敲除 Cmtr1 的 4T1 细胞注射到小鼠体内，肿瘤生长也明显受到抑制，这表明 CMTR1 在体内外均发挥着促进肿瘤生长的作用。
三、CMTR1 对基因表达的调控
利用 4T1 CRISPR 敲除模型进行 RNA-Seq 分析，研究人员发现 CMTR1 缺失后，有 196 个基因表达下调，21 个基因表达上调。通路分析显示，下调的基因主要与核糖体和氧化磷酸化通路相关，其中 57 个下调基因属于核糖体通路成员。对肺癌细胞系 A549 的 RNA-Seq 数据分析也得到了类似结果，且三个数据集（4T1、A549 未处理和 A549 经干扰素处理）交叉分析发现，64 个基因共同下调，其中 53 个为核糖体蛋白基因，这表明核糖体蛋白基因是 CMTR1 在一些癌症类型中调控的主要靶标之一。此外，研究人员还发现 CMTR1 调控的转录本富含 5’末端寡聚嘧啶（5’ Terminal Oligopyrimidine，TOP）元件，CMTR1 缺失会导致含 TOP 元件的 mRNA 表达受到影响。同时，CMTR1 缺失还会导致一些 snoRNA 宿主基因（如 SNHG1、SNHG8 等）和 snoRNA（如 Snord12b、Snord12c）表达下调，这表明 CMTR1 在 RNA 代谢中具有更广泛的作用。
四、新型 CMTR1 抑制剂的筛选
为了探索 CMTR1 作为癌症治疗靶点的潜力，研究人员利用计算机虚拟筛选和体外实验相结合的方法，对 NCI 的化合物库进行筛选。他们以 CMTR1 酶结构域与 m7G RNA 的晶体结构为基础，通过虚拟筛选得到 18 种化合物，再经过生物层干涉技术（Bio-Layer Interferometry，BLI）检测，最终确定了三种具有潜力的先导化合物 N97911、N169774 和 N627666，其中 N97911 在体外实验中对 4T1 癌细胞的生长和存活具有显著抑制作用，为开发针对 CMTR1 的癌症治疗药物提供了新的起点。
研究结论和讨论部分，研究人员通过多组学分析、功能实验和抑制剂筛选，全面揭示了 CMTR1 在癌症中的重要作用。CMTR1 在多种癌症中上调，通过调节核糖体蛋白基因表达、影响 RNA 代谢等机制促进肿瘤生长，这一发现为理解癌症发生发展机制提供了新的视角。同时，筛选出的新型 CMTR1 抑制剂为癌症治疗开辟了新的方向，虽然还需要进一步研究来优化这些抑制剂的效果，但它们为开发针对 CMTR1 的靶向治疗药物奠定了基础。此外，研究还发现了 CMTR1 与其他蛋白（如 DHX15）的相互作用以及其磷酸化修饰的潜在调控机制，为后续深入研究 CMTR1 的功能提供了线索。然而，目前对于 CMTR1 缺失在蛋白质水平的影响、对核糖体功能的具体作用以及与其他帽甲基转移酶的相互关系仍有待进一步研究。但无论如何，这项研究都让 CMTR1 成为癌症治疗领域一个极具潜力的新靶点，有望为攻克癌症带来新的希望。
