3'UTR广泛剪接通过多种机制调控癌基因转录本表达

本研究针对3'非翻译区(3'UTR)剪接在癌症中的调控机制展开深入探索。研究人员通过分析7897例TCGA肿瘤和正常样本的转录组数据，系统鉴定了数千个3'UTR内含子(3UI)转录本，发现结肠癌中Wnt信号通路相关基因的3UI剪接显著增加。研究揭示了3'UTR剪接可通过NMD(无义介导的mRNA降解)依赖和非依赖途径调控转录本稳定性，特别是发现β-连环蛋白(CTNNB1)的3'UTR剪接受Wnt信号通路调控。该研究为理解癌症中转录后调控提供了新视角，对开发靶向3'UTR剪接的癌症治疗策略具有重要启示意义。

　　

在基因表达的精细调控网络中，3'非翻译区(3'UTR)一直扮演着关键但常被低估的角色。这个看似"沉默"的区域实际上富含调控元件，能够影响mRNA的稳定性、定位和翻译效率。然而长期以来，科学界普遍认为3'UTR中的剪接事件会通过外显子连接复合体(EJC)触发无义介导的mRNA降解(NMD)，导致这些转录本被快速清除。这种观点使得3'UTR剪接的转录本常被视为转录"噪音"或偶然产物，其潜在的生物学功能被严重忽视。

英国谢菲尔德大学(University of Sheffield)的研究团队在《Nucleic Acids Research》发表的研究颠覆了这一传统认知。通过对7897例TCGA肿瘤和正常样本的大规模转录组分析，研究人员发现3'UTR内含子(3UI)转录本在癌症中广泛存在且高度表达。更令人惊讶的是，这些转录本的表达调控机制与经典NMD模型存在显著差异，特别是在结肠癌中，Wnt信号通路关键基因的3'UTR剪接呈现出独特的调控模式。

研究采用了多组学整合分析策略：首先利用TCGA和CCLE的RNA-seq数据构建3UI转录本数据库；通过差异剪接分析比较癌症与正常组织的3UI剪接模式；结合UPF1(无义介导衰变关键因子)敲除实验验证3UI转录本的NMD敏感性；采用荧光素酶报告系统分析特定3UI的功能影响；并通过Wnt通路激活/抑制实验探究信号通路与3UI剪接的互作关系。

研究结果部分揭示了多个重要发现：

"一个大规模高度表达的3UI转录本集合在癌症和正常RNA-seq数据中被鉴定"
通过系统分析TCGA和ENCODE数据，研究人员鉴定出60，848个3UI转录本，其中51，991个为"纯3'UTR"类型(e3UI)。这些转录本在结肠癌等肿瘤中呈现组织特异性表达模式，且与长读长测序数据有73%的重合率。值得注意的是，这些转录本能够有效输出到细胞质，其核质分布比例甚至低于普通蛋白编码转录本。

"3'UTR剪接以意想不到的方式调控NMD"
UPF1表达与e3UI剪接在正常组织中呈负相关，但在结肠癌中这种关联消失。UPF1敲除实验显示，传统NMD敏感转录本(如含提前终止密码子PTC的转录本)表达上调，而e3UI转录本则无明显变化。HRAS基因的3UI剪接分析揭示，剪接实际上能保护转录本免受UPF1介导的降解，这种保护作用与EJC无关。

"3'UTR剪接在癌症中失调"
全局分析显示，在多数癌症类型中e3UI剪接增加，而传统NMD敏感型3UI剪接减少。结肠癌中鉴定出340个差异剪接的3UI，其中Wnt通路相关基因显著富集。CTNNB1(β-catenin)的两个3UI剪接变体在癌症中表达显著增加。

"3'UTR剪接调节RNA-RBP和RNA-miRNA相互作用"
结合ENCODI数据库分析发现，e3UI中RNA结合蛋白(RBP)和miRNA结合位点显著富集，包括剪接因子、TARBP2(RISC复合体组分)和m6A去甲基酶FTO。m6A修饰位点(DRACH motif)在e3UI中也显著富集。

"Wnt信号通路自主调节3'UTR剪接"
药物调控实验证实，Wnt激活剂CHIR99021可剂量依赖性地抑制CTNNB1短3UI剪接变体表达，而抑制剂IWR-1则呈现相反效果。RNA-seq分析显示Wnt通路激活后，通路组分基因的3UI剪接显著改变，这与癌症中的观察结果一致。荧光素酶报告系统揭示CTNNB1 3UI剪接对mRNA稳定性的复杂调控机制。

这项研究的重要意义在于重新定义了3'UTR剪接的生物学功能，揭示了其在癌症特别是结肠癌中的关键调控作用。研究发现3'UTR剪接可通过至少两种机制调控mRNA稳定性：EJC依赖的经典NMD途径和EJC非依赖的途径(可能通过改变UTR长度、miRNA/RBP结合位点或m6A修饰模式)。特别值得注意的是，研究首次将Wnt信号通路的异常激活与3'UTR剪接失调联系起来，为理解癌症中转录后调控网络的紊乱提供了新视角。这些发现不仅拓展了对基因表达调控的认知，也为开发靶向3'UTR剪接的癌症治疗策略奠定了理论基础。