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：2016
長散布核元件-1 (Long Interspersed Nuclear Element-1，LINE-1，L1) 代表一個非長末端重復序列(LTR) 轉座因子(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。具有轉錄活性的L1可以通過轉座子的反轉錄（稱為L1逆轉錄轉座子(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)，內含子區域內的L1也可以通過剪接位點轉錄到基因的鄰近外顯子中，產生L1基因嵌合轉錄本 (L1-gene chimeric transcript，LCT)，這可能會影響基因的表達或功能。據報道，通過L1-ASP激活的LCTs 在大多數癌癥組織中具有異常高表達，并與致癌活性相關。
L1活性的增加與癌癥、神經退行性疾病和許多其他疾病有關。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，從而導致疾病的發展和進展的關鍵。基于整個外顯子組或基因組測序和L1靶向測序，已經有許多策略在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錄水平上量化L1活性水平的分辨率，但其他方法已經開始強調開發基于短讀RNA測序數據的LCT。由于技術限制，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據，因此難以從單細胞測序數據推斷出單細胞水平的 LCT 事件研究。因此，癌癥生物學需要一個能夠在全轉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 在腫瘤發生中的作用。文章作者開發了一種具有高靈敏度的逆轉錄轉座子-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數據中，在全基因組水平準確檢測L1-基因嵌合轉錄本 (LCTs)。應用ReFuse識別和量化來自TCGA肺癌隊列 (n=1,146)和1個scRNA-seq數據集的RNA-seq數據的L1-基因嵌合轉錄本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)在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特異性預后 (L1-specifc prognosis) 研究奠定了理論基礎。
在這項研究中，作者開發了一種基于局部比對的生物信息學工具 (ReFuse)，用于在批量和單細胞 RNA 測序數據中檢測肺癌中具有高靈敏度的全基因組 LCT。通過數據對比分析，作者觀察到 LCTs 優先參與具有線粒體功能和代謝過程的基因，從而引發有利于腫瘤細胞生長、存活和轉移的代謝重組。
為了確定總體LCT水平與基因組、轉錄組、表觀遺傳譜和臨床結果的關聯，作者總結了涵蓋LCT的reads，并通過每個腫瘤樣本的測序深度進行標準化，以表示相應腫瘤樣本的總體L1活性。LUSC和LUAD中L1活性與RNA測序數據的相關性表明，L1與線粒體翻譯和NADH代謝過程的基因表達、DNA復制/DNA修復和甲基化呈正相關，而與免疫反應中的基因表達，尤其是T細胞免疫，呈負相關。Figure S6. The mitochondrial morphology and functions.(C)The MMP results of H520OV-CTRL and H520OV-L1-FGGY.
特別是，在對 LCT 的綜合體外和體內功能研究中，文章揭示了高度復發的癌癥特異性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。由于12S-HETE/GPR31相互作用是12-LOX/GPR31代謝途徑的關鍵組成部分，作者檢測了GPR31蛋白在H520OV?L1?FGGY 中的表達和分布，發現L1 FGGY在H520OV?L1?FGGY的細胞膜中誘導了高水平的GPR31蛋白，而不是在細胞溶質中。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，作者開發了一種生物信息學方法ReFuse，用于識別和量化肺癌批量和單細胞RNA序列數據中的LCT。LCT事件與參與特定代謝過程和線粒體功能的基因有關。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嵌合轉錄物中的FGGY丟失而激活，以促進腫瘤生長，聯合使用抗HIV藥物 (NVR) 和代謝抑制劑 (ML355) 可有效靶向腫瘤生長。這些發現表明了L1在肺癌代謝重編程中的作用，為L1特異性預后提供了理論基礎，并為肺癌的治療策略提供了可能性。
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