专访汪洋:具有抑癌作用的“电影剪辑大师”

【字体: 时间:2014年10月28日 来源:生物通

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  近期来自大连医科大学、美国北卡罗莱纳大学的研究人员就发现了这样一个关键的“剪辑大师”——RBM4, 与正常组织相比,癌组织(包括肺癌和乳腺癌)中的RBM4表达量明显下降。也就是说RBM4需要保持合适的数量,保证基因被正确剪接,才能确保癌症不会发生发展。这一研究成果公布在著名的癌症研究期刊《Cancer Cell》杂志上。

  

生物通报道:人类基因组中大约有25,000个基因,这个数字不大,甚至和小小的果蝇基因数目相同,那区别于其它动物的人类智能,还有“千人千面”的多种族多面孔,又是如何而来呢?科学家告诉我们其中的一个重要原因就在于人类基因组DNA序列能以不同的方式拼接在一起,创建各种信使RNA,从而产生了人类需要的许多不同蛋白质,这就像是一个“电影剪辑大师”,选择性地将电影场景片段拼接在一起,创造出大片来。

   但是这个“电影剪辑大师”有时也会出现问题,一旦发生突变或缺失,对我们人体的健康就会产生重大的影响,比如引发诸如强制性肌营养不良,还有癌症之类的疾病。

   近期来自大连医科大学、美国北卡罗莱纳大学的研究人员就发现了这样一个关键的“剪辑大师”——RBM4, 与正常组织相比,癌组织(包括肺癌和乳腺癌)中的RBM4表达量明显下降。也就是说RBM4需要保持合适的数量,保证基因被正确剪接,才能确保癌症不会发生发展。这一研究成果公布在著名的癌症研究期刊《Cancer Cell》杂志上。

   这篇文章的第一作者,以及共同通讯作者是来自大连医科大学的“青年****”入选者汪洋教授,为了深入了解这项重要的研究成果,生物通特联系了汪教授,就读者感兴趣的问题请教了他。

什么是选择性剪接

   人类基因组测序完成后,科学家们发现人基因组所包含的基因数目远少于以前的估计,大大低于细胞中蛋白质的数目,因此感到十分奇怪。此后经过多方面的探索,科学家们终于锁定了几种增加蛋白数量的方式,包括DNA重组、RNA编辑和选择性剪接等,其中选择性剪接是产生如此众多蛋白质的主要机制。

   选择性剪接( alternative splicing)是指从一个 mRNA 前体通过选择不同的剪接位点组合产生不同的 mRNA 剪接变异体(variants) 的过程。科学家们曾通过大规模的EST 分析发现,在人类基因组中有 35%-59%的基因存在选择性剪接,而这仍可能是一个明显低估的数值。其中70%-88%的选择性剪接产生改变了的蛋白质产物,大多数涉及功能的改变,如改变了蛋白质的氨基端或羧基端、或者增删了某个功能区域等。

   不消说,这种作用机制的不同变化肯定就与细胞生理、发育调控以及疾病有关,如果人体中选择性剪接出现异常,就会导致疾病的发生。比如之前曾发现的家族性孤立性生长激素缺乏II型遗传病(IGHD II),这种疾病是一种由显性遗传病,主要特征是身材异常矮小,发病机理就是其关键基因GH-1选择性剪接错误造成的。

选择性剪接有可能为肿瘤治疗提供一种崭新的手段

   除了一些遗传疾病,选择性剪接与肿瘤发生发展也密切相关,这很好理解,因为许多基因的选择性剪接与肿瘤相关联,这些受影响的基因可归类为介导细胞与细胞,细胞与基质之间相互作用的受体,激素,凋亡调节因子等。因此许多科学家们希望能通过解析选择性剪接的发生机制及相应蛋白异构体(isoforms) 的功能,探讨肿瘤的发病机制。

   汪教授解释道,“超过90%以上的人类基因都发生RNA选择性剪接,从而形成蛋白质的多样性。RNA选择性剪接在不同组织和发育阶段都是受到严格调控的,而这一过程出现异常将会引发人类肿瘤的发生与发展。因此,目前异常选择性剪接与肿瘤的研究也越来越受到科学家们的重视,除此之外,纠正选择性剪接有可能为肿瘤治疗提供一种崭新的手段!”

关键剪接因子:RBM4

   2012年,汪教授等人在《Nature Structural & Molecular Biology》上发表文章,鉴定出来了一种能够结合内含子剪接促进元件来调控剪接的剪接因子,这就是RBM4。

   “之后我们发现RBM4可以调控一个重要的凋亡基因Bcl-x,从而促进肿瘤细胞凋亡,进而抑制肿瘤进展,于是我们更进一步的研究了RBM4阻遏肿瘤发展的机制,及其在人类肿瘤组织中的表达情况,还有其与肿瘤患者预后的关系。”

   由此,汪教授等人证明了与正常组织相比,癌组织中的RBM4表达量明显下降。尤其是在肺癌和乳腺癌患者中,RBM4含量更是急剧下滑。在这其中涉及了几种关键的作用因子。首先研究人员发现当RBM4较低时,就产生更长形式的Bcl-x,其在促进肿瘤的发展和转移过程中扮演重要角色。

   “我们发现RBM4能够调控凋亡相关基因Bcl-x的选择性剪接,进而增加促进细胞凋亡剪接体的生成,从而促进肿瘤细胞凋亡,抑制肿瘤发展。更为重要的是,我们通过高通量测序发现,RBM4还可以调控另外一个非常重要的癌性剪接因子SRSF1的表达水平,并进一步影响其对下游mTOR信号通路的激活,这样可以通过另外一条途径来抑制肿瘤发展”,汪教授说。

未来的肿瘤标志物

   这项研究表明RBM4如果正常表达,就能确保上述这些基因正确剪接,从而不给癌症滋生的机会,换句话说,癌症患者中的RBM4水平,实际上可以作为肿瘤标志物,预测患者的肿瘤患病情况。

   汪教授指出,“我们的研究发现RBM4在多种人类肿瘤组织中表达下调,其中包括肺癌,乳腺癌和胰腺癌等。接下来我们分析了肿瘤患者标本中的RBM4表达情况和肿瘤患者的生存率,从而发现肿瘤患者标本中的RBM4表达水平越高,肿瘤患者生存的时间就越长。因此,RBM4可以作为一个潜在的肿瘤标志物来预测肿瘤患者的生存率,但是,要想真正地应用在临床上,我们尚需利用更多地临床标本来进一步验证。”

   而在这一研究方向上,目前国内外的科学家们已经开始认识到选择性剪接异常在人类肿瘤中的重要作用,并逐步开始研究。“但相对来说,现在国外研究的相对多一些,在国内的研究还处于起步阶段,但是我们有理由相信国内的研究会越来越多,国家的资助强度也会越来越大,”汪教授解释说。

   这是汪教授研究组RNA选择性剪接与肿瘤研究领域的又一重要成果,作为这一研究方向的前沿科学家,汪教授取得了不少重要成果,也曾在Nature Methods等多份一流期刊中发表研究成果,他对于科研也有自己的态度,他说,“作为一个科研工作者,一定要耐得住寂寞,不要朝三暮四,这样才能一心做好科研,培养出更好的学生来,使我们的国内的科研水平赶超欧美。”
(生物通:王蕾)

原文摘要:
The Splicing Factor RBM4 Controls Apoptosis, Proliferation, and Migration to Suppress Tumor Progression

Summary:Splicing dysregulation is one of the molecular hallmarks of cancer. However, the underlying molecular mechanisms remain poorly defined. Here we report that the splicing factor RBM4 suppresses proliferation and migration of various cancer cells by specifically controlling cancer-related splicing. Particularly, RBM4 regulates Bcl-x splicing to induce apoptosis, and coexpression of Bcl-xL partially reverses the RBM4-mediated tumor suppression. Moreover, RBM4 antagonizes an oncogenic splicing factor, SRSF1, to inhibit mTOR activation. Strikingly, RBM4 expression is decreased dramatically in cancer patients, and the RBM4 level correlates positively with improved survival. In addition to providing mechanistic insights of cancer-related splicing dysregulation, this study establishes RBM4 as a tumor suppressor with therapeutic potential and clinical values as a prognostic factor.

作者简介:
汪洋,博士,大连医科大学肿瘤干细胞研究院教授,博士生导师。

2007年毕业于中国协和医科大学肿瘤研究所分子肿瘤学国家重点实验室,获得细胞生物学博士学位,在攻读博士期间,师从我国著名肿瘤细胞生物学家詹启敏院士,从事基因组不稳定性及细胞周期异常与肿瘤的研究,期间作为主要完成人分别获得“全国高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学一等奖”,及“北京市科学技术二等奖”。同年赴美国北卡罗来纳大学药理系和Lineberger肿瘤中心进行博士后研究。在此期间,主要运用细胞生物学、分子生物学和系统生物学的方法从事RNA选择性剪接与肿瘤的分子机制及应用研究。2010年,因为在科学研究上取得的重要研究突破而获得“博士后杰出研究奖”,该奖项每年仅奖励北卡罗来纳大学的10个博士后研究员。2011年被美国北卡罗来纳大学肿瘤中心提升为研究助理教授。2013年作为课题负责人获得北卡罗来纳大学研究委员会的经费支持,并于同年获得北卡罗来纳大学的“青年科学家发展奖”。2013年由国家海外高层次引进工作专项办公室引进,入选国家中组部第五批“青年****”,并于同年入选第五批辽宁省“攀登学者”。2014获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金和面上基金资助。

近年来在RNA选择性剪接与肿瘤领域的研究已经达到国际顶级水平,在Cancer Cell,Nature Methods, Nature Structure Molecular Biology, Journal of Clinical Investigation, Nature Communications, Molecular Therapy, Journal of Biological Chemistry等国际一流学术期刊发表多篇学术论文,总影响因子大于150。

研究方向
1、利用人工合成剪接因子调控肿瘤相关基因的选择性剪接以期抑制肿瘤进展的研究
2、选择性剪接因子在肿瘤发生发展中作用机制研究
3、人工合成特异性RNA内切酶治疗相关遗传性疾病的研究

代表性文章
1.Wang Y, Cheong G, Tanaka Hall TM, Wang Z. Engineering splicing factors with designed specficities. Nature Methods 2009, 6 (11): 825-830 (SCI, IF=20.7)
2.Yang Wang, Meng Ma, Xinshu Xiao, et.al. Intronic Splicing Enhancers, Cognate Splicing Factors and Context Dependent Regulation Rules. Nature Structural Molecular Biology 2012 Oct; 19(10):1044-52 (SCI, IF=13.69)
3.Yang Wang, Xinshu Xiao, et. al. A Complex Network of Factors with Overlapping Affinities Control Splicing Repression by Intronic Elements. Nature Structural Molecular Biology 2013 Jan; 20(1):36-45 (SCI, IF=13.69)
4.Yang Wang* and Zefeng Wang*. Systematical identification of splicing regulatory cis-elements and cognate trans-factors. Methods 2013 Aug 22. doi:pii: S1046-2023(13)00326-5. 10.1016/j.ymeth.2013.08.019. (SCI, IF=4.5) (* 通讯作者)
5.Yang Wang, Zefeng Wang and Traci Hall. Engineered proteins with PUF scaffold to manipulate RNA metabolism. FEBS Journal 2013 280 (16):3755-67.( SCI,IF=3.8)(Invited review, 封面文章)
 

 

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