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LINE-1通過刺激非小細胞肺癌的代謝重編程促進致瘤性并加劇腫瘤進展

更新時間:2022-10-20  |  點擊率:1978

 



長散布核元件-1 (Long Interspersed Nuclear Element-1,LINE-1L1代表一個非長末端重復(fù)序列(LTR轉(zhuǎn)座因子(TEs家族,占人類基因組的17%,約有50萬個拷貝廣泛分布在基因組中。具有轉(zhuǎn)錄活性的L1可以通過轉(zhuǎn)座子的反轉(zhuǎn)錄(稱為L1逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(LRT) )自行繁殖并插入到基因組中的一個基因位點。在其他情況下,通過激活L1反義啟動子 (L1-ASP),內(nèi)含子區(qū)域內(nèi)的L1也可以通過剪接位點轉(zhuǎn)錄到基因的鄰近外顯子中,產(chǎn)生L1基因嵌合轉(zhuǎn)錄本 (L1-gene chimeric transcript,LCT),這可能會影響基因的表達或功能。據(jù)報道,通過L1-ASP激活的LCTs 在大多數(shù)癌癥組織中具有異常高表達,并與致癌活性相關(guān)。

L1活性的增加與癌癥、神經(jīng)退行性疾病和許多其他疾病有關(guān)。因此,對LRT和反式剪接事件的檢測是理解L1如何改變基因表達或功能,從而導(dǎo)致疾病的發(fā)展和進展的關(guān)鍵?;谡麄€外顯子組或基因組測序和L1靶向測序,已經(jīng)有許多策略在DNA水平上觀察LRT。雖然DNA測序可能缺乏捕獲反式剪接事件和在轉(zhuǎn)錄水平上量化L1活性水平的分辨率,但其他方法已經(jīng)開始強調(diào)開發(fā)基于短讀RNA測序數(shù)據(jù)的LCT。由于技術(shù)限制,例如測序組裝需要高測序深度或其他限制,這些工具檢測到的 LCT 事件仍然有限。此外,這些分析工具依賴于配對末端測序數(shù)據(jù),因此難以從單細胞測序數(shù)據(jù)推斷出單細胞水平的 LCT 事件研究。因此,癌癥生物學(xué)需要一個能夠在全轉(zhuǎn)錄組或單細胞水平上準確檢.測全基因組 LCT 的分析框架,以更好地研究 LCT 在腫瘤發(fā)生中的作用。
文章作者開發(fā)了一種具有高靈敏度的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子-基因融合評估程序(Retrotransposon-gene fusion estimation program,ReFuse),可從非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC) scRNA-seq數(shù)據(jù)中,在全基因組水平準確檢測L1-基因嵌合轉(zhuǎn)錄本 (LCTs)。應(yīng)用ReFuse識別和量化來自TCGA肺癌隊列 (n=1,146)1scRNA-seq數(shù)據(jù)集的RNA-seq數(shù)據(jù)的L1-基因嵌合轉(zhuǎn)錄本LCTs,然后在1個獨立隊列 (n=134)中進一步驗證這些LCTs。文章還分析了1種癌癥特異性LCT (L1-FGGY)LUSC(肺鱗狀細胞癌,lung squamous cell carcinoma)細胞系和小鼠的細胞增殖及腫瘤進展中的功能作用。
文章揭示了L1在肺癌代謝重編程中的促進作用,并為L1特異性預(yù)后 (L1-specifc prognosis研究奠定了理論基礎(chǔ)。




在這項研究中,作者開發(fā)了一種基于局部比對的生物信息學(xué)工具 (ReFuse),用于在批量和單細胞 RNA 測序數(shù)據(jù)中檢測肺癌中具有高靈敏度的全基因組 LCT。通過數(shù)據(jù)對比分析,作者觀察到 LCTs 優(yōu)先參與具有線粒體功能和代謝過程的基因,從而引發(fā)有利于腫瘤細胞生長、存活和轉(zhuǎn)移的代謝重組。

Bioss產(chǎn)品及相關(guān)實驗
為了確定總體LCT水平與基因組、轉(zhuǎn)錄組、表觀遺傳譜和臨床結(jié)果的關(guān)聯(lián),作者總結(jié)了涵蓋LCTreads,并通過每個腫瘤樣本的測序深度進行標準化,以表示相應(yīng)腫瘤樣本的總體L1活性。LUSCLUADL1活性與RNA測序數(shù)據(jù)的相關(guān)性表明,L1與線粒體翻譯和NADH代謝過程的基因表達、DNA復(fù)制/DNA修復(fù)和甲基化呈正相關(guān),而與免疫反應(yīng)中的基因表達,尤其是T細胞免疫,呈負相關(guān)。
Figure S6. The mitochondrial morphology and functions.
(C)The MMP results of H520OV-CTRL and H520OV-L1-FGGY.


特別是,在對 LCT 的綜合體外和體內(nèi)功能研究中,文章揭示了高度復(fù)發(fā)的癌癥特異性LCT L1-FGGY,它通過管理花生四烯酸和脂肪酸的代謝途徑刺激 12-LOX 途徑,通過加速 GPR31 去泛素化和增強 12S-HETE/GPR31 相互作用激活Wnt 信號通路,從而直接影響致癌。此項研究揭示了 L1 整合在肺癌致瘤性代謝編程中的功能作用。這可能反映出LCT在其他癌癥類型中的類似行為。
Bioss產(chǎn)品及相關(guān)實驗
由于12S-HETE/GPR31相互作用是12-LOX/GPR31代謝途徑的關(guān)鍵組成部分,作者檢測了GPR31蛋白在H520OV?L1?FGGY 中的表達和分布,發(fā)現(xiàn)L1 FGGYH520OV?L1?FGGY的細胞膜中誘導(dǎo)了高水平的GPR31蛋白,而不是在細胞溶質(zhì)中。
Fig. 6 L1-FGGY activated Wnt signaling pathway in LUSC via accelerating GPR31 deubiquitination and enhancing 12S-HETE/GPR31 interaction.
(F)Western blot results to detect expression of GPR31 from whole lysate, fraction of cell membrane and cytosol individually in H520OV?CTRL and H520OV?L1?FGGY.

在這項研究中,作者開發(fā)了一種生物信息學(xué)方法ReFuse,用于識別和量化肺癌批量和單細胞RNA序列數(shù)據(jù)中的LCT。LCT事件與參與特定代謝過程和線粒體功能的基因有關(guān)。對癌癥特異性LCT (L1-FGGY的功能分析表明,AA代謝途徑通過L1-FGGY嵌合轉(zhuǎn)錄物中的FGGY丟失而激活,以促進腫瘤生長,聯(lián)合使用抗HIV藥物 (NVR和代謝抑制劑 (ML355可有效靶向腫瘤生長。這些發(fā)現(xiàn)表明了L1在肺癌代謝重編程中的作用,為L1特異性預(yù)后提供了理論基礎(chǔ),并為肺癌的治療策略提供了可能性。







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