Mol Cell封面文章 | 匡铭/林水宾团队合作揭示tRNA m⁷G修饰调控翻译促进肝内胆管细胞癌进展的新机制

肝内胆管细胞癌（Introhepatic Cholangiocarcinoma, ICC）的5年生存率仅为5-40%，70%的ICC患者在首诊时即为晚期，治疗手段有限。迄今为止，大量晚期ICC患者仍缺乏有效的治疗靶点。既往多数肿瘤靶向药物主要针对基因组序列突变或基因转录异常。作为调控蛋白水平重要环节的细胞翻译层面却少有药物。ICC具有高度增殖和转移能力，蛋白合成活跃，但相关翻译调控机制尚不清楚。近年研究表明tRNA表观遗传修饰可以稳定tRNA结构，对肿瘤翻译具有重要调节作用。作为tRNA上最丰富修饰之一的m⁷G修饰，其唯一的甲基转移酶METTL1被发现与多种肿瘤进展具有相关性。但METTL1介导的tRNA m⁷G修饰与肿瘤进展及其翻译调控机制尚未见报道。

2021年8月4日，来自中山大学附属第一医院肝胆胰外科中心匡铭教授团队与转化医学中心林水宾教授团队合作在Molecular Cell杂志在线发表了题为 N⁷-Methylguanosine tRNA modification enhances oncogenic mRNA translation and promotes intrahepatic cholangiocarcinoma progression 的研究论文并入选当期封面文章。该研究基于林水宾教授团队开发的tRNA修饰测序新技术（Nature Protocols 2019），突破了tRNA m⁷G测序研究的技术瓶颈，成功在肿瘤中证实了tRNA m⁷G修饰调控肿瘤进展的新功能，并首次揭示了此前未见报道的tRNA m⁷G修饰与肿瘤发生发展的分子关联，为肿瘤mRNA翻译异常提供一种全新的机制解释，进而为ICC靶向治疗提供了除基因突变和基因转录异常层面之外的新思路和新靶点，对晚期ICC的药物开发和精准干预具有重要参考意义。

该研究首先在TCGA数据库中对22种常见的tRNA修饰酶表达进行分析，发现tRNA m⁷G修饰的修饰酶METTL1表达在ICC中显著上调，且在22种肿瘤类型中，ICC是高表达METTL1最为显著的肿瘤。进一步结合中山一院肝癌标本库数据，发现METTL1的表达与ICC患者的预后密切相关。研究人员随后在体内外功能试验中证实，METTL1介导的tRNA m⁷G修饰具有调控ICC细胞增殖、侵袭、转移及凋亡等多种功能作用。

为了阐明tRNA m⁷G修饰如何调控ICC细胞功能，研究人员首先通过tRNA 还原和剪切测序技术（TRAC-seq），发现ICC中共有22种tRNA含有m⁷G修饰，随着METTL1敲除后m⁷G修饰丰度减少，对应tRNA以及细胞整体翻译的水平都明显下降，进一步利用核糖体测序（Ribo-seq），研究团队发现敲除METTL1后，更多的核糖体停滞于由m7G tRNA解码的密码子处，从而导致了基因翻译的紊乱，表明METTL1介导的tRNA m7G修饰具有调控tRNA水平和细胞翻译的功能。为了进一步明确tRNA m⁷G修饰调控的下游具体分子，研究人员对有无敲除METTL1的ICC细胞进行了核糖体新生肽链复合物测序（RNC-seq），对比分析发现，METTL1敲除后翻译效率下调的基因群主要富集于细胞周期和EGFR相关信号模块，通过密码子频率分析发现，相较于翻译效率上调或不变的基因，翻译下调基因含有更高的需要m7G tRNA解码的密码子频率。因此，ICC细胞可以通过这种m⁷G tRNA解码的密码子频率偏倚机制，选择性调控了包括EGFR信号、细胞周期在内的多种相关癌基因的翻译，进而促进ICC的进展。

综上所述，该研究首次报道了tRNA m⁷G修饰在肿瘤中的关键调控作用，并阐明了tRNA m⁷G修饰选择性调控癌基因翻译的分子机制，为靶向干预肿瘤异常翻译抑制ICC进展奠定了坚实的理论基础。

中山大学附属第一医院肝胆胰外科中心博士后戴子浩为本文第一作者。匡铭教授和林水宾教授为论文共同通讯作者。该研究入选Mol Cell当期封面文章。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276521005554