SND1的SUMO化促进了成熟miRNA的降解以及肿瘤的进展

SUMOylation修饰的SND1通过增强与AGO2/UPF1的相互作用促进肿瘤抑制性miR-chr5_25226降解，导致MAPK10表达上调，驱动肿瘤细胞增殖迁移和顺铂耐药。

曹颖婷|王艳丽|张新娣|张馨欣|张新彤|谭晓鹏|李莲|陈冉|卢润辉|谢瑞宇|于建秀|赵小静

上海交通大学医学院仁济医院生物化学与分子细胞生物学系及胸外科，中国上海200025

摘要

微小RNA（miRNAs）的全球性下调是许多癌症的标志性特征，然而调控成熟miRNA降解的机制仍知之甚少。翻译后修饰（PTMs）已成为RNA代谢的关键调节因子。然而，在复杂的肿瘤微环境中，应激反应性PTMs在驱动miRNA降解中的具体作用仍是一个关键且未解的问题。我们发现，内切酶SND1在氧化应激和顺铂等应激条件下会在K513位点被SUMO化。这种可诱导的修饰通过促进SND1与AGO2和UPF1的相互作用，增强了SND1的miRNA降解活性，从而促进了成熟miRNA的降解。一个关键的后果是新型肿瘤抑制性miRNA miR-chr5_25226的降解，导致MAPK10表达升高，进而促进了肿瘤细胞的增殖、迁移和顺铂耐药性。功能挽救实验证实，恢复miR-chr5_25226的表达或沉默MAPK10可以逆转这些致癌效应。此外，SUMO化抑制剂2-D08有效恢复了miR-chr5_25226的表达，并使肿瘤细胞对顺铂敏感。综上所述，我们的发现揭示了一个新的致癌轴，其中应激诱导的SND1 SUMO化将肿瘤微环境应激与miRNA降解联系起来。这条SUMO1–SND1/miR-chr5_25226/MAPK10通路表明，靶向SND1的SUMO化可能是一种调节致癌miRNA降解并提高化疗敏感性的潜在治疗策略。

引言

微小RNA（miRNAs）是一类小型的非编码RNA，在转录后基因调控中起着关键作用，影响细胞增殖、分化和凋亡等关键过程[1]、[2]、[3]。它们的失调是癌症的标志，在癌症中既可以作为致癌基因也可以作为肿瘤抑制因子，这突显了它们作为治疗靶点的潜力[4]、[5]。值得注意的是，肿瘤中通常观察到miRNA表达的整体减少[6]，这强调了理解控制miRNA丰度机制的重要性。

虽然miRNA的生物合成过程已经得到了很好的研究[7]，但调控miRNA降解的途径仍不够明确。miRNAs是非常稳定的分子，这主要归因于它们与RNA诱导沉默复合体（RISC）中的Argonaute 2（AGO2）的结合，这种结合保护它们免受核酸酶的降解[8]。然而，miRNA的降解是一个受调控的过程，对于维持细胞稳态至关重要[9]、[10]、[11]。关键的机制包括靶向miRNA降解（TDMD），它触发AGO2的泛素化并导致miRNA降解[12]、[13]，以及由葡萄球菌核酸酶和Tudor结构域蛋白1（SND1）直接进行的核酸酶切割[14]。这种多功能致癌蛋白在癌症中常常过度表达[15]、[16]、[17]，它与UPF1相互作用以介导miRNA降解，同时也是RISC的组成部分[18]、[19]、[20]。

尽管SND1的核酸酶活性及其上游信号和分子机制已经得到了一定程度的研究，尤其是在病理生理条件下，但这些机制仍不完全清楚。像SUMO化这样的翻译后修饰（PTMs）是RNA代谢的关键调节因子[21]、[22]。这种可逆的修饰由E2酶UBC9催化，可以调节蛋白质的功能、定位和相互作用[23]，其失调与肿瘤发生有关[24]。有趣的是，SND1的植物同源物TSN2已被鉴定为SUMO的结合伙伴[25]，这表明哺乳动物中的SND1活性可能受到SUMO化的调控。这一点在癌症中尤为重要，因为氧化应激和化疗药物等应激因素会动态地调节SUMO化通路[26]、[27]、[28]、[29]。

在这项研究中，我们旨在阐明SUMO化在调节癌症中SND1介导的miRNA降解中的作用。我们发现，在应激条件下，SND1在K513位点的SUMO化增强，这对促进肿瘤抑制性miRNAs的降解至关重要。这种修饰增强了SND1、AGO2和UPF1之间的相互作用，从而促进了miRNA的降解。通过miRNA测序，我们确定miR-chr5_25226是这条通路的关键靶标，它直接调节MAPK10的表达，从而推动肿瘤进展和化疗耐药性。我们的发现建立了一个新的SUMO1-SND1/miR-chr5_25226/MAPK10信号轴，并揭示了靶向SND1的SUMO化作为一种有前景的治疗策略，用于调节致癌miRNA网络。

部分摘录

SND1被SUMO1 SUMO化，并受到肿瘤相关应激刺激的动态调控

为了研究SND1在肿瘤中是否发生SUMO化，我们分析了CPTAC数据库，以确定多种癌症类型中SND1与SUMO化因子UBC9或SUMO1高共表达的肿瘤组织比例。我们发现，与正常组织相比，肿瘤组织中具有这种高共表达的患者比例显著更高。特别是乳腺浸润性癌、肝细胞癌、透明细胞肾细胞癌和肺腺癌

讨论

在这项研究中，我们发现SUMO化是一种关键的翻译后修饰，它可以调节致癌蛋白SND1的功能，促进miRNA的降解，从而推动肿瘤进展和化疗耐药性。我们定义了一个新的信号轴，其中应激诱导的SND1在K513位点的SUMO化促进了肿瘤抑制性miR-chr5_25226的降解，导致MAPK10（JNK3）的上调，进而增强了非小细胞肺癌（NSCLC）的增殖、迁移和顺铂耐药性

细胞培养和转染

人类胚胎肾293T（HEK293T，Cat#TCHu150）、H1299（Cat#TCHu160）、A549（Cat#TCHu150）细胞来自中国科学院干细胞库（上海，中国）。耐顺铂的A549细胞系（A549-CisR）购自中国科学院基础医学研究所和北京协和医学院联合细胞资源中心（北京，中国）。所有细胞均在添加了...

CRediT作者贡献声明

张新娣：验证、方法学、实验设计。王艳丽：方法学、数据分析。张新彤：验证、资源获取、方法学。张馨欣：验证、资源获取、方法学。谢瑞宇：写作——审稿与编辑、监督、项目管理。卢润辉：验证、资源获取、方法学。曹颖婷：写作——初稿撰写、验证、数据分析。赵小静：写作——审稿与编辑、资源获取、项目管理。于建秀：写作——

伦理批准和参与同意

所有动物实验均获得了上海交通大学医学动物伦理委员会的批准，并符合机构指南。

数据可用性

本研究中生成的miRNA-seq和mRNA-seq数据已存入基因表达组学数据库（GEO），访问号为GSE281560。支持本研究结果的所有其他数据均包含在文章及其补充信息中。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号32461160262、82230100和32271310，资助于建秀；编号82273138，资助于赵小静）以及澳门科学技术发展基金（0101/2024/AFJ，资助于谢瑞宇）的支持。