女院士研究组揭示癌症中miRNA新作用

【字体: 时间:2010年04月02日 来源:生物通

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  来自中科院生化与细胞所的研究人员发现了microRNA-155在乳腺癌细胞中的功能和作用机制,microRNA-155通过扩大炎症效应促进肿瘤发生,这可能是炎症和癌症之间的一个桥梁。这一研究成果公布在国际学术期刊《Cancer Research》杂志上。

  

生物通报道:来自中科院生化与细胞所的研究人员发现了microRNA-155在乳腺癌细胞中的功能和作用机制,microRNA-155通过扩大炎症效应促进肿瘤发生,这可能是炎症和癌症之间的一个桥梁。这一研究成果公布在国际学术期刊《Cancer Research》杂志上。

领导这一研究的是生化与细胞所刘默芳副研究员和王恩多研究员,后者主要从事生物化学与分子生物学研究,研究方向为酶与核酸的相互作用,主要以氨基酰-tRNA合成酶和相关tRNA为对象进行研究。

microRNA-155是一种多功能的microRNA,它调控造血细胞和免疫细胞的发育分化,在炎症、抗体合成等多种免疫反应中发挥重要作用;同时,microR-155在淋巴癌、乳腺癌、肺癌、结肠癌等多种癌组织或细胞系中高表达,但目前对它在癌症尤其是乳腺癌中的功能机制还很不清楚。

在这篇文章中,研究人员通过分子生物学、细胞生物学及肿瘤生物学等一系列方法技术,发现microRNA-155促进乳腺癌细胞的增殖、soft-agar集落生长,并在人乳腺癌裸鼠移植模型中刺激肿瘤生长,表现为癌基因(oncogene)作用;分析microRNA-155在乳腺癌细胞中的分子机制,并结合乳腺癌组织样本分析结果表明,负调控肿瘤抑制基因socs1是其发挥致癌作用的分子机制。

此外,这一研究还证明了microRNA-155通过扩大炎症效应促进肿瘤发生,可能是炎症和癌症之间的一个桥梁。虽然文献上已有很多证据表明免疫-炎症-肿瘤之间的内在联系,但对炎症诱发肿瘤发生的分子机制的了解目前仍有许多空白。该工作发现了microRNA调控介入炎症和癌症之间,对了解炎症相关肿瘤的发生机制具有重要意义。

近期王恩多研究组还在《J Biol Chem》上发表了最新研究成果:原核生物中亮氨酰-tRNA合成酶依赖tRNA的转移前编校。氨基酰-tRNA合成酶(aaRS)催化对应氨基酸和tRNA之间的连接反应,生成氨基酰-tRNA为蛋白质的生物合成提供原料。aaRS必需精确地识别其对应的氨基酸,否则将会生成错误的氨基酰-tRNA,使新合成的蛋白质一级结构发生改变,导致细胞病变。为了提高蛋白质生物合成的精确性,某些aaRS进化出编校功能(proofreading/editing)去除在识别氨基酸时发生的错误。2000年和2009年王恩多实验室已证明亮氨酰-tRNA合成酶(LeuRS)具有转移后和不依赖tRNA转移前的编校功能。

研究人员利用点突变和最近开发的LeuRS的小分子抑制剂AN2690,证明了大肠杆菌(E. coli)和超嗜热菌(A. aeolicus)的LeuRS具有依赖tRNA的转移前编校,分析了不同的编校途径在编校过程中发挥的具体作用。研究结果表明,转移前编校(pre-transfer editing)和转移后编校(post-transfer editing)协同控制LeuRS的质量控制步骤;但EcLeuRS更偏向转移后编校途径,而AaLeuRS更偏向于转移前编校。研究结果还表明,tRNALeu的3’CCA末端结合到CP1编校结构域中是LeuRS依赖tRNA进行转移前编校的先决条件;无论能否执行转移后编校,tRNA处于转移后编校的构象是赋予LeuRS转移前编校能力的必要条件;另外,依赖tRNA的转移前编校途径不受AN2690的抑制。

(生物通:万纹)

原文摘要:

MicroRNA-155 Functions as an OncomiR in Breast Cancer by Targeting the Suppressor of Cytokine Signaling 1 Gene

MicroRNA-155 (miR-155) is overexpressed in many human cancers; however, the mechanisms by which miR-155 functions as a putative oncomiR are largely unknown. Here, we report that the tumor suppressor gene suppressor of cytokine signaling 1 (socs1) is an evolutionarily conserved target of miR-155 in breast cancer cells. We found that mir-155 expression is inversely correlated with socs1 expression in breast cancer cell lines as well as in a subset of primary breast tumors. We also identified a 24AG mutation in the miR-155 binding site of the SOCS1 3' untranslated region in a breast tumor that reduced miR-155 repression, implicating a mechanism for miRNA targets to avoid repression. Ectopic expression of miR-155 significantly promoted the proliferation of breast cancer cells, the formation of soft agar foci in vitro, and the development of tumors in nude mice. In breast cancer cells, RNA interference silencing of socs1 recapitulates the oncogenic effects of miR-155, whereas restoration of socs1 expression attenuates the protumorigenesis function of miR-155, suggesting that miR-155 exerts its oncogenic role by negatively regulating socs1. Overexpression of miR-155 in breast cancer cells leads to constitutive activation of signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) through the Janus-activated kinase (JAK) pathway, and stimulation of breast cancer cells by the inflammatory cytokines IFN- and interleukin-6 (IL-6), lipopolysaccharide (LPS), and polyriboinosinic:polyribocytidylic acid [poly(I:C)] significantly upregulates mir-155 expression, suggesting that miR-155 may serve as a bridge between inflammation and cancer. Taken together, our study reveals that miR-155 is an oncomiR in breast cancer and that miR-155 may be a potential target in breast cancer therapy. Cancer Res; 70(8); OF1–9

作者简介:

王恩多

研究员,博士生导师。

1965-1969和1978-1981两次中国科学院上海生物化学研究所研究生毕业。
1984-1987年在美国加州大学戴维斯分校医学院访问,
1992年10-12月,1994年10-12月,1998年1-4月在法国斯特拉丝堡法国国家科学研究中心分子与细胞研究所合作研究,
1996年9月-1997年2月在香港科学技术大学生物化学系进行研究工作,
2000年6-8月在加拿大Laval大学生物化学系,进行合作研究。

为中国科学院上海生命科学院生物化学与细胞生物学研究所学位评定委员会委员。从事生物化学与分子生物学研究,研究方向为酶与核酸的相互作用。目前主要以氨基酰-tRNA合成酶和相关tRNA为对象进行研究。已主持和承担国家和中国科学院重大和重点研究项目14项。发表论文80余篇,申请发明专利4项,以第一完成人获得2000年度上海市科学技术进步奖一等奖1项,2001年度国家自然科学奖二等奖1项。已指导和培养博士研究生16名,硕士生3名,所培养的研究生获得包括中国科学院院长奖学金的各类奖项20人次。曾多次获得上海市“三八红旗手”、2000年度上海市“三八红旗手标兵”、1998-2000年度上海市劳动模范称号。


研究简介

研究方向为酶与核酸的相互作用,氨基酰-tRNA合成酶是蛋白质生物合成过程中的一类关键酶。它催化蛋白质生物合成过程中的第一步反应-tRNA的氨基酰化反应。氨基酰-tRNA合成酶对tRNA的精确识别保证了遗传信息由核酸传递到蛋白质的精确性。 所以研究氨基酰-tRNA合成酶具有重要的生物学意义。随着研究的深入,氨基酰-tRNA合成酶还可以为人类的疾病防止和治疗、改善人类生存环境提供理论依据和新的思路。本研究组用分子生物学、生物化学与生物物理方法,从基因克隆、高表达和突变入手,研究不同来源的亮氨酰-和精氨酰-tRNA合成酶(LeuRS, ArgRS)及其相关tRNA的相互作用。重点研究酶分子上与相关tRNA精确相互作用的氨基酸残基和结构域,这种精确识别包括合成正确产物和校正错误的中间产物和终产物的催化机制;tRNA分子上与酶精确识别的硷基;不同来源的同种氨基酰-tRNA合成酶对抑制剂的选择性。以了解酶与tRNA相互作用与精确识别的结构基础和作用机理。过去的研究结果有:通过基因定点研究了ArgRS与氨基酰化活力有关的重要的氨基酸残基;首次发现大肠杆菌tRNAArg2分子上的A20是大肠杆菌ArgRS识别tRNA的重要元件;首次结晶了大肠杆菌ArgRS,解出了晶胞参数,对晶体进行了初步研究;用核磁共振方法研究了ArgRS与底物结合时引起的构象变化。首次发现并证明LeuRS的CP1结构域内的292E和293A间的肽键对酶活力至关重要; 首次发现LeuRS的292E-293A肽键间插入253-292之间40个氨基酸残基的插入突变变种LeuRS-A催化tRNALeu2亮氨酰化的速度为tRNALeu1的3倍,证明了LeuRS-A对tRNALeu等受体的识别是对接受茎上第一对碱基对是否为摆动碱基对的识别;首次发现LeuRS的CP1是编校活性中心所在,某些在该结构域的变种也可以不同程度误氨基酰化tRNALeu的等受体。研究结果多次被《生物化学年鉴》和《细胞》中的综述,《美国科学院院报》,《欧洲分子生物学组织杂志》和《生物化学》的研究论文引用。研究组与法国,加拿大,美国等多家实验室有合作研究关系。


刘默芳

研发课题
内容简介 非编码RNA是后基因组时代的重大科学问题。21世纪以来,先后在动物、植物、病毒等生物中发现了miRNA、piRNA、rasiRNA等小分子非编码RNA,它们影响异染色质形成,在表观遗传水平、转录水平、转录后水平,负调控基因表达,组成了细胞中的RNA调控网络,参与几乎所有生命进程的调控,控制生物体的生长发育和增殖,并与多种人类重大疾病的发生直接相关。非编码调控RNA已成为当前生命科学研究的热点和迅速发展的生物学前沿,其应用研究也正在蓬勃开展。本课题组主要的研发课题内容是:

1.非编码RNA研究技术开发和非编码RNA应用研究:该课题主要是建立和发展非编码RNA研究的方法技术,研发应用于生命科学基础研究中的非编码RNA生物学工具和应用于生物医药应用研究中的非编码RNA药靶分子。

2.非编码RNA的功能研究:该课题主要研究一些疾病状态下,如癌症等,异常表达的非编码RNA的结构和功能,为非编码RNA在临床诊断治疗应用研究提供方法技术。

3.非编码RNA作用机制研究:该课题主要通过研究非编码RNA与其作用途径中重要功能蛋白的相互作用,探索非编码RNA的作用机制,为非编码RNA的应用研究提供理论基础。

近三年第一作者或通讯作者发表论文 1. Liu MF, Lu Z, Jiang S, et al. (2008) Genetic and Epigenetic Determinants of Susceptiibility to Environment: Non-coding RNAs. In: McQueen CA eds. Comprehensive Toxicology, 2nd Edition. Oxford: Elsevier. 2008, in press

2. Jiang S, Lu MH, Wang ED, Liu MF. (2008) MicroRNA-155 plays roles in carcinogenesis by targeting JS genes. 第一界中国小RNA技术与应用学术会议, p78。

3. Lu Z, Liu MF, Stribinskis V, et al. (2008) The Programmed Cell Death 4 Gene is Targeted by MicroRNA-21. Oncogene 2008 Mar 31; [Epub ahead of print]

4. 刘默芳, 王恩多. (2008) 小RNA与蛋白质的相互作用. 生命科学,2008,20(2): 178-182

5.刘默芳, 蒋帅, 王恩多. (2007) RNAi机器. 生物化学与生物物理进展. 34, 1012-1017

6.Liu M, Tolstorukov M, Zhurkin V, et al. (2004) A mutant spacer sequence between -35 and -10 elements makes the Plac promoter hyperactive and CRP independent. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 101, 6911-6916

7.Liu M, Garges S, and Adhya S. (2004) CRP lacP1 promoter with an extended -10 motif: Pleiotropic effects of cyclic AMP protein at different steps of transcription initiation. J. Biol. Chem. 279, 54552-54557

8.Liu MF (Liu MF is both the first and corresponding authors), Gupte G, Roy S, et al. (2003) Kinetics of transcription initiation at lacP1: Multiple roles of CRP. J. Biol. Chem. 278, 39755-39761

 

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