NCB | 张弩/程世源合作揭示抑癌基因E-cadherin形成环状RNA Circ-E-Cad并翻译全新癌蛋白促进GBM进程

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GBM是颅脑最常见的恶性肿瘤之一【1,2】。表皮生长因子受体（EGFR）作为重要的驱动基因在~50%的GBM中均有扩增/突变【3,4】。EGFR的扩增/突变使得下游的酪氨酸激酶相关通路失控性激活【5,6】。这使得GBM的增殖侵袭特性显著提高。胶质瘤干细胞在这一生物学进程中发挥了至关重要的作用。靶向EGFR以及胶质瘤干细胞一直是GBM精准治疗的重要组成成分【7】。目前为止，尚无有效药物得以应用于临床【8】。其中亟待解决的问题之一便是肿瘤的抗EGFR治疗抵抗。在不断完善其获得性抵抗分子机制的同时，筛选并确认新的EGFR受体也是GBM靶向治疗的重点内容。

CircRNA为其母基因pre-mRNA剪切而来，在GBM的发生发展中发挥重要作用【9-11】。CircRNA因具备完整的核糖体进入序列（IRES）或m6A修饰使其可以翻译为有重要功能的蛋白质【12】。然而值得一提的是，囿于对CircRNA形成的固有认识，研究者多认为CircRNA在表达上不能完全和其母基因分割开来，故而认为其在生物调节网络中居于相对次要地位。传统意义的抑癌基因由于突变或受表观遗传调控的影响，其转录水平相对较低，据此推论抑癌基因相关的circRNA丰度不应过高。随着测序技术的不断进步，这一推论并不完全成立。因此，阐释circRNA的具体作用机制在理解GBM发生发展调控网络中至关重要。

2021年3月4日，中山大学附属第一医院张弩教授与西北大学程世源教授在Nature Cell Biology上在线发表题为“Circular RNA-encoded oncogenic E-cadherin variant promotes glioblastoma tumorigenicity through activation of EGFR–STAT3 signalling”的研究论文。该研究首次发现了传统意义上的抑癌基因E-Cadherin可以形成环状RNA Circ-E-Cad并翻译癌蛋白C-E-Cad显著促进GBM进程。

作者通过分析GBM和配对正常组织中CircRNA-Seq以及核糖体印记（Ribosome Profiling）结果发现抑癌基因E-Cadherin形成的环状RNA Circ-E-Cad在GBM中显著升高。该环状RNA由母基因E-Cadherin 7-10号外显子环化形成。该环状RNA具备完整的翻译潜能，可翻译成大小为254a.a.的蛋白质，命名为C-E-Cad，由于其特殊的超越360度ORF的滚环翻译，使得C-E-Cad具有完全特异的14a.a.C末端。作者据此设计了特异的单克隆抗体并联合LC/MS质谱检测其内源性表达。免疫荧光数据显示C-E-Cad和干性标记物SOX2有明显的共分布特征。提示其可能与胶质瘤干细胞的自我更新有密切关系。作者随后在体外实验中发现，蛋白质C-E-Cad而非环状RNA Circ-E-Cad可以促进胶质瘤干细胞的自我更新。

为进一步明确作用机制，排除母基因背景对其作用的影响，作者构建了E-Cadherin K.O.细胞并将E-Cadherin 和C-E-Cad分别回补表达检测其对胶质瘤干细胞的影响。结果显示C-E-Cad的功能和其母基因E-Cadherin完全相反，C-E-Cad可以显著促进STAT3/AKT/ERK通路的激活。随后作者将C-E-Cad-mCherry转染至细胞内进行活细胞成像。结果显示C-E-Cad可以分泌至细胞外，作者因此推测C-E-Cad可能和细胞表面受体结合进而激活其下游通路。结果显示C-E-Cad可以和EGFR相互结合。截短突变co-IP实验显示结合部位分别为C-E-Cad特异14a.a.尾以及EGFR CR2结构域。由于CR2结构域为EGFR和EGFRviii共有结构域。作者随后建立EGFR K.O.细胞系并分别回补EGFR/EGFRviii。结果显示C-E-Cad可以分别独立激活EGFR/EGFRviii。其激活强度相对EGF较低，但持续时间更长。基于此，作者随后建立裸鼠原位成瘤模型并对对其应用抗EGFR治疗/抗C-E-Cad治疗以及联合治疗。结果显示，抗C-E-Cad治疗可以显著抑制肿瘤进程，延长裸鼠生存期。其治疗效果优于抗EGFR治疗且联合治疗具有协同效果。（图1）

图1. C-E-Cad促进胶质瘤干细胞自我更新模式图

该研究首次证明：1）；癌基因E-Cadherin可以形成环状RNA Circ-E-Cad并翻译蛋白C-E-Cad。2）C-E-Cad通过自分泌/旁分泌作用激活EGFR通路。3）靶向C-E-Cad治疗可以显著抑制肿瘤进程，延长裸鼠生存期。其治疗效果优于抗EGFR治疗且联合治疗具有协同效果。

该研究与由中山大学附属第一医院张弩教授与美国西北大学Feinberg医学院程世源教授共同合作完成。中山大学附属第一医院神经外科博士后高辛亚，李凡滢，博士夏昕，科研助理张茂雷为共同第一作者。

2021年1月5日，张弩教授团队在Cell Metabolism上在线发表题为“An Upstream Open Reading Frame in Phosphatase and Tensin Homolog (PTEN) Encodes A Circuit Breaker of Lactate Metabolism”的研究论文。该研究首次发现uORF可以编码产生的抑癌小肽MP31并作为GBM乳酸代谢调控的一个“断路器”。证明了：1）PTEN基因的5`UTR可以编码产生功能多肽MP31；2）MP31定位于线粒体并能够限制乳酸向丙酮酸的转化；3）病人来源的GBM细胞中MP31的缺失可以促进乳酸代谢以及氧化磷酸化；4）人工合成的MP31多肽对正常细胞无毒，在小鼠中可以穿透血脑屏障并明显抑制小鼠颅内GBM移植瘤的生长。该文章不仅加深我们对肿瘤乳酸代谢分子机制的理解，同时也为基于靶向乳酸代谢过程的GBM疗法提供全新候选药物。有望打破胶质瘤临床治疗唯一一线药物只有TMZ的现状。

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原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41556-021-00639-4

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