Circular RMST 协同谱系驱动转录因子调控神经内分泌转分化:前列腺癌和肺癌研究新突破

时间:2025年4月18日
来源:Cancer Cell

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本文聚焦环状 RNA(circRNA)在肿瘤研究中的关键作用。研究发现 circRMST 在神经内分泌前列腺癌(NEPC)和小细胞肺癌(SCLC)中高丰度且高效环化,它对肿瘤生长、ASCL1 表达及神经内分泌转分化至关重要,为理解肿瘤发生发展机制及靶向治疗提供新方向。

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### 研究背景
环状 RNA(circRNA)是一类由反向剪接产生的非编码 RNA(ncRNA),具有组织和发育特异性表达模式。在癌症研究领域,circRNA 可通过与微小 RNA(miRNA)和蛋白质相互作用,参与癌症进展调控。癌细胞的谱系可塑性,如前列腺腺癌和肺腺癌向神经内分泌前列腺癌(NEPC)和小细胞肺癌(SCLC)的转分化,是肿瘤逃避靶向治疗的重要机制。虽然已有许多蛋白质因子在神经内分泌(NE)转分化过程中被研究,但 circRNA 在此过程中的作用仍有待探索。

circRMST 在 NEPC 和 SCLC-A 中的高丰度表达


研究人员对 10 例转移性去势抵抗性前列腺肿瘤(5 例 NEPC 和 5 例前列腺腺癌(CRPC))进行总 RNA 测序(RNA-seq),鉴定出 6,023 个高可信度 circRNA。其中,circRMST 在 NEPC 中表达量极高,通过液滴数字 PCR(ddPCR)和 RNA 原位杂交(ISH)进一步验证了其在 NEPC 中的特异性高表达。在 SCLC 研究中,对 14 例患者循环肿瘤细胞来源的异种移植物(CDXs)进行 RNA-seq,发现 circRMST 在 SCLC-A 中比在 SCLC-N 和 SCLC-P 中表达更高。

RMST 主要以 circRNA 形式存在


RMST 基因有多种线性剪接异构体,但研究表明其环状异构体为主要转录本。通过设计针对 RMST 不同区域的引物进行定量逆转录 PCR(RT-qPCR),并结合 RNaseR 处理实验,发现 RMST 在 NEPC、SCLC-A 及正常神经内分泌组织(如甲状腺)中主要以 circRNA 形式存在。此外,通过 Northern blot 实验,在 SCLC-A 细胞系 H889 中检测到主要的 circRMST 条带,且该条带对 RNaseR 具有高度抗性。

Rmst 在小鼠 NEPC 中的保守性、高环化及高丰度表达


对小鼠前列腺癌基因工程小鼠模型(GEMMs)的 RNA-seq 数据分析发现,小鼠 Rmst 在进化上高度保守,在 NEPC 肿瘤(如 DKO 和 TKO 模型)中显著上调,且主要以 circRNA 形式存在,其中 circRmst 3-12 异构体表达尤为丰富。在小鼠 SCLC-A 细胞系 KP1 中,也检测到高表达的 circRmst 3-12 异构体,且其对 RNaseR 具有抗性。

circRMST 生物发生受保守的 MIRb 元件驱动


在人和小鼠中,RMST 基因侧翼内含子中的 MIRb 元件互补,可能促进 circRMST 的生物发生。通过 CRISPR-Cas9 技术删除人 SHP77 细胞和小鼠 KP1 细胞中的下游 MIRb 元件,发现 circRMST 表达显著降低,表明 MIRb 元件在 circRMST 生物发生中起关键作用。

circRMST 对 NE 肿瘤生长和 ASCL1 表达至关重要


利用 shRNA、siRNA、CRISPR-Cas9 和 CRISPR-Cas13 等技术敲低 circRMST,发现其显著抑制 NEPC 和 SCLC 细胞在体外 3D Matrigel 培养中的生长,并导致细胞周期停滞。在体内实验中,敲低 circRMST 的 SHP77 细胞在 NSG 免疫缺陷小鼠中的肿瘤生长明显减缓。RNA-seq 和基因集富集分析(GSEA)表明,circRMST 敲低导致 NE 转录程序相关基因下调,其中 ASCL1 表达显著降低,通过多种实验方法验证了 circRMST 对维持 ASCL1 表达的重要性。

遗传删除 Rmst 可阻止小鼠 NEPC 转分化


构建 Rmst 基因敲除的 GEMM 模型(TKO-R),并与 TKO 小鼠杂交。结果显示,TKO-R 小鼠的前列腺肿瘤明显小于 TKO 小鼠,且肿瘤细胞的 Ki67 染色减少。TKO 小鼠主要发生 NEPC,而 TKO-R 小鼠主要发生腺癌,且 TKO-R 小鼠的转移率显著低于 TKO 小鼠,生存期更长,表明 Rmst 对小鼠 NEPC 转分化至关重要。

circRMST 与 SOX2 和 NKX2-1 的相互作用


通过计算预测 circRMST 编码肽的潜力较低,且其与 miRNA 结合位点较少。利用生物素标记的 DNA 探针进行 RNA 下拉实验,并结合质谱分析,鉴定出与 circRMST 相互作用的蛋白质,其中包括 SOX2 和 NKX2-1。通过 Western blot 和 RNA 免疫沉淀(RIP)实验进一步验证了 circRMST 与 SOX2 和 NKX2-1 的相互作用。

circRMST 敲低诱导 NKX2-1 蛋白降解


在 SHP77 和 H889 细胞系中,敲低 circRMST 导致 NKX2-1 在蛋白和 RNA 水平显著降低,而 SOX2 表达基本不变。通过环己酰亚胺(CHX)处理实验发现,circRMST 敲低缩短了 NKX2-1 的蛋白半衰期。用巴弗洛霉素 A1(BafA)处理细胞,可恢复 NKX2-1 蛋白水平,表明 circRMST 敲低通过自噬 - 溶酶体途径诱导 NKX2-1 蛋白降解。

circRMST 敲低导致 SOX2 基因组结合改变


ChIP-seq 分析表明,circRMST 敲低后,SOX2 基因组结合虽无全局变化,但有 1,257 个结合位点显著下调,761 个结合位点显著上调。其中,ASCL1 启动子区域的 SOX2 和 NKX2-1 结合均减少,导致 ASCL1 转录调控受损,影响 NE 基因表达。

SOX2 和 NKX2-1 相互补偿驱动 ASCL1 表达


单独敲低 SOX2 或 NKX2-1 对 ASCL1 表达影响不显著,但同时敲低两者则导致 ASCL1 表达明显降低。ChIP-seq 和 RNA-seq 分析发现,SOX2 和 NKX2-1 的结合位点有大量重叠,共同调控包括 ASCL1 和 INSM1 在内的 NE 基因表达,表明两者在维持 NE 基因表达方面具有功能冗余。

研究意义与展望


本研究首次揭示了 circRMST 在 NE 肿瘤转分化中的关键作用,其通过与 SOX2 和 NKX2-1 相互作用,调控 ASCL1 表达,维持 NE 转录程序和肿瘤细胞生长。这为理解肿瘤的发生发展机制提供了新视角,也为开发针对 NE 肿瘤的联合治疗策略提供了潜在靶点。未来研究可进一步探索 circRMST 在肿瘤亚型转换中的作用,以及其与其他分子的相互作用机制,为肿瘤治疗开辟新途径。
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