色氨酸密码子特异性误翻译的全局与特异调控：ADAR1维持核糖体质量控制、FTSJ1甲基化tRNATrp促进W>F替代物生成的癌症机制

《Nature Cell Biology》：Global and specific mechanisms stimulate mistranslation in cancer

　　

干扰素-γ(IFN-γ)介导的色氨酸(Trp)限制可诱导癌症细胞发生色氨酸至苯丙氨酸(W>F)密码子重分配与核糖体移码等误翻译事件。已有研究揭示致癌MAPK通路驱动移码，但W>F替代物是否受遗传调控尚不清楚。研究人员通过筛选鉴定出ADAR1（将双链RNA中腺苷转为肌苷的脱氨酶）与FTSJ1（对多种tRNA反密码子区进行2′-O-甲基化的酶）。研究人员证明ADAR1维持核糖体相关质量控制(RQC)通路关键蛋白表达，而该通路是误翻译事件所必需；FTSJ1则通过甲基化tRNATrp反密码子环，促进苯丙氨酸(Phe)误载的WARS1与tRNATrp结合，从而特异驱动W>F误翻译。鉴于ADAR1与FTSJ1在多种癌症中升高，研究人员提出：癌细胞在抗肿瘤免疫压力下，分别利用全局与特异机制促进误翻译。

论文《Global and specific mechanisms stimulate mistranslation in cancer》发表于《Nature Cell Biology》。研究背景方面，活化的T细胞分泌IFN-γ可诱导IDO1转录激活，使肿瘤微环境中色氨酸被降解为犬尿氨酸，造成癌细胞色氨酸限制。此前研究证实，色氨酸限制可引发核糖体移码与W>F密码子重分配（即W>F substitutants，色氨酸被苯丙氨酸替代且不改变mRNA序列）。其中移码由致癌MAPK通路驱动，而W>F替代物虽由WARS1在缺色氨酸时将Phe误氨酰化到tRNA^Trp上产生，但是否受癌细胞主动遗传调控并不清楚。由于替代物与移码会扩展蛋白质组与免疫肽组，产生异常蛋白和新抗原，研究人员开展本研究以鉴定W>F替代物的遗传调控因子。

主要关键技术方法方面，研究人员使用肺癌A549来源稳定表达双报告系统（drW-vector，可同时检测W>F与+1移码）的细胞，结合Brunello CRISPR-Cas9全基因组敲除文库进行FACS分选与MAGeCK筛选；以RNA测序和JACUSA2分析A-to-I编辑；以纳米孔tRNA测序分析tRNA修饰；以质谱鉴定内源性W>F、H>Q、F>Y替代肽；以OPP掺入实验评估全局翻译；以体外氨酰化实验测定WARS1与tRNA^Trp互作；以免疫肽组学分析HLA-I呈现的新表位；并在OT-1/TCR工程T细胞共培养及小鼠异种移植模型中评估免疫识别。

研究结果部分，第一部分为A genetic screen identifies genetic regulators of W>F substitutants。研究人员构建双报告系统并在A549-drW细胞中用-Trp/IFN-γ处理，确认W>F与移码相互独立；随后用Brunello文库筛选“能移码但少替代”的细胞，鉴定出ADAR、FTSJ1、XPOT等候选基因，结论是W>F替代物存在遗传调控因子。

第二部分为ADAR1 sustains general mistranslation during nutrient deprivation conditions。研究人员用sgADAR敲低ADAR1^p150，发现W>F信号下降而移码不受影响；RNA-seq显示A-to-G编辑减少，回补野生型而非催化死亡突变体可恢复表型。结论是ADAR1催化活性为W>F替代物所必需。

第三部分为ADAR1 maintains the ribosome-associated quality control machinery to sustain aberrant protein production。研究人员发现ADAR1缺失降低ZNF598、RACK1、ABCE1等RQC（核糖体相关质量控制，ribosome-associated quality control）蛋白水平；敲除上游RQC因子抑制W>F替代物。结论是ADAR1通过维持RQC表达支撑营养胁迫下误翻译。

第四部分为Tryptophan-specific role of FTSJ1 in W>F substitutants production。研究人员用sgFTSJ1敲除后，W>F报告与内源性W>F肽减少，移码、抗原呈递、色氨酸水平不变；回补FTSJ1可恢复。结论是FTSJ1特异促进W>F替代物。

第五部分为FTSJ1-mediated tRNA methylation specifically promotes W>F substitutants。tRNA-seq显示FTSJ1丢失消除tRNA^Trp与tRNA^Phe在32、34位修饰；催化突变K28A不能 rescue，A26P部分 rescue；THADA与WDR6缺失也降低W>F。结论是FTSJ1对tRNA^Trp反密码子32/34位2′-O-甲基化是高效W>F产生所需。

第六部分为FTSJ1-mediated tRNA^Trp modifications promote mis-aminoacylation without affecting aminoacylation of cognate tRNA。体外实验显示，FTSJ1缺失tRNA^Trp被Phe误载减少，而被Trp正载不变；Phe结合WARS1时FTSJ1修饰tRNA^Trp结合增强。结论是修饰只促进Phe误氨酰化。

第七部分为FTSJ1 stimulates W>F neopeptides。研究人员在IFN-γ处理与T细胞共培养中发现FTSJ1-KO降低W>F新表位与T细胞活化；免疫肽组学与体内A549^MART1模型显示FTSJ1缺失减少W>F免疫肽。结论是FTSJ1决定W>F新抗原呈递与识别。

讨论与结论翻译部分，研究人员提出：ADAR1与FTSJ1在多种癌症中上调，分别代表全局与特异两类机制——ADAR1通过缓和dsRNA应激并维持RQC，使癌细胞在IFN-γ诱导营养胁迫下持续产生异常蛋白；FTSJ1通过tRNA^Trp 2′-O-甲基化增强Phe-charged WARS1对tRNA^Trp的捕获，使色氨酸限制时被动错误转为主动可调控的W>F替代。该工作表明，抗肿瘤免疫造成的氨基酸限制不仅引发应激，还被癌细胞“重连”翻译装置以产生新免疫肽组；这既可能提供T细胞靶点，也提示ADAR1/FTSJ1可作为干预误翻译与免疫逃逸的潜在节点。