尽管FTO和ALKBH5都可以去除甲基,但是它们二者对底物的选择性具有差异,FTO可以去除m6A 修饰和m6Am修饰中的甲基,而ALKBH5只能去除m6A修饰上的甲基。除此之外,FTO和ALKBH5在去甲基序列的偏好性和去甲基的具体过程也不完全相同[6]。
1.2.3 m6A识别蛋白
如果说甲基转移酶和去甲基酶共同调节细胞内mRNA的m6A水平,那么m6A识别蛋白则通过选择性结合m6A甲基化修饰在下游发挥调控作用。m6A识别蛋白主要包括YTH N6-甲基腺苷 RNA结合 蛋 白 1-3 ( YTH N6-methyladenosine RNA binding protein 1-3,YTHDF1-3) 、YTH 结构域蛋白 1-2( YTH domain-containing 1-2,YTHDC1-2) 、胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白 1-3( insulin-like growth factor 2 mRNA-binding proteins 1-3,IGF2BP1-3 ) 、真核起始因子3 ( eukaryotic initiation factor 3,eIF3 ) 、核不均一核糖核蛋白C ( heterogeneous nuclear ribonucleoproteins C,HNRNPC) 、ELAV 样蛋白1( ELAVL1) 、G3BPs 蛋白 ( ras-GTPase-activating protein SH3 domain binding protein)等。其中大部分结合蛋白除了可以在m6A修饰表观遗传调控中起作用,还参与细胞内许多重要的生理活动。结合蛋白通过直接或间接与m6A修饰位点结合,发挥调节mRNA的功能。
1.3 m6A修饰的生理功能
mRNA的生理活动主要包括剪切、出核、翻译、降解。有研究表明,位于外显子或内含子剪接连接附近的m6A修饰可以直接影响mRNA的可变剪接,进而影响基因表达[7]。高水平的m6A修饰促进mRNA从细胞核向细胞质的核输出。m6A修饰还能通过多种机制调控mRNA的翻译过程[8]。除此之外,m6A结合蛋白YTHDF2还可以通过HRSP12-RNase P/MRP 和CCR4-NOT两种途径,促进mRNA衰减,降低mRNA稳定性[7]
2. m6A修饰与肿瘤
m6A甲基化参与包括干细胞分化和多能性、昼夜节律周期、胚胎发生和DNA损伤反应在内的多种生物学过程[9]。得益于m6A检测水平的进步,研究发现,在多种肿瘤细胞中经常可以出现m6A表达水平的异常。Li等通过分析显示,m6A调节因子在33种类型的肿瘤中与癌症激活和抑制通路有关; 在不同种癌症中,甚至是同一种癌症的不同亚型中,m6A
调节因子的含量都存在很大差异[10]。随着研究的深入,越来越多的研究表明,m6A修饰在实体和非实体肿瘤的增殖,迁移,侵袭等过程中发挥着重要作用[11]。然而,调节m6A修饰
的各种因子,在某种具体肿瘤中起到的促进还是抑制作用,很多都存在争议。
3.m6A修饰与乳腺癌侵袭转移
3.1 m6A甲基转移酶与乳腺癌侵袭转移
研究表明,多种m6A甲基转移酶参与调控乳腺癌的侵袭转移。METTL3作为最重要的m6A甲基转移酶,其在乳腺癌侵袭转移中发挥的作用还存在争议。Hu等发现METTL3在乳腺癌中高表达并提示预后不良,通过在蛋白质水平调控Zeste基因增强子同源物2(Enhancer Of Zeste 2 Polycomb Repressive Complex 2 Subunit , EZH2),进而下调E-钙黏蛋白(E-cadherin),促进乳腺癌细胞发生上皮间质转化和远处转移[12]。然而,Shi等发现,METTL3在三阴性乳腺癌(triple-negative breast cancer ,TNBC)中低表达,并且与短距离无转移生存密切相关。METTL3通过上调m6A水平,降低Ⅲ型胶原蛋白α1多肽链(Collagen Type III Alpha 1 Chain,COL3A1)的表达,进而抑制三阴性乳腺癌的转移,入侵和粘附,发挥抑癌作用[13]。在此基础上,Ruan等揭示了三阴性乳腺癌中METTL3的上游调控因子,提出miR-34c-3p通过降低METTL3 mRNA和蛋白质水平,促进TNBC的增殖,转移和侵袭。但是过表达circ METTL3则可以通过分子海绵作用,阻止miR-34c-3p和METTL3 mRNA相互作用,逆转miR-34c-3p在三阴性乳腺癌中的发挥的促癌作用[14]。因此,circMETTL3可能作为三阴性乳腺癌治疗的新方法。综上所述,METTL3在乳腺癌侵袭转移中的作用机制十分复杂,可能在不同的乳腺癌亚型中发挥不同的效应,目前还没有达成共识,有待进一步的研究。
METTL14作为m6A甲基转移酶复合物之一,也参与乳腺癌侵袭转移的调控。Yi等发现,METTL14在乳腺癌组织中高表达,通过调节m6A修饰和hsa-miR-146a-5p表达,进一步促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭[15]。而Gong等却发现,METTL14在乳腺癌细胞中表达下调,导致结肠腺瘤样息肉(Adenomatous Polyposis Coli,APC)基因的mRNA稳定性降低。APC作为Wnt信号通路的拮抗剂,其水平降低可以导致Wnt通路的异常激活,从而在肿瘤细胞的侵袭和转移方面起到促进作用[16] 。研究表明,METTL14可以与多种长链非编码RNA (long noncoding RNA,lncRNAs) 相互作用,在肿瘤的侵袭转移中发挥促进作用[17-18]。异常的METTL4和m6A水平与乳腺癌病情和预后密切相关,有研究提出激素受体阴性的乳腺癌患者是否可能受益于外源性METTL14的过度表达[19],为乳腺癌的临床治疗提供了新的分子靶点。
Wang等发现,WTAP表达与乳腺癌肿瘤大小和分级呈正相关,与腋窝淋巴结转移情况呈负相关[20], 有关WTAP抑制乳腺癌腋窝淋巴结转移的潜在机制还有待进一步研究。Ou等首次提出WTAP可能作为C5aR1+中性粒细胞促癌通路中的重要中间因子,促进乳腺癌的进展。C5aR1+中性粒细胞通过分泌白细胞介素-1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α),协同激活细胞外信号调节激酶1/2(Extracellular signal-regulated kinase1/2, ERK1/2),促进WTAP磷酸化,增加其稳定性。在下游,增加的WTAP通过促进烯醇化酶1(Enolase 1,ENO1) m6A修饰,诱导乳腺癌糖酵解,促进乳腺癌的恶性进展[21],创新性地提出了C5aR1+中性粒细胞和WTAP–ENO1网络作为乳腺癌治疗靶点的潜力。
病毒样m6A甲基转移酶相关蛋白(virlike m6A methyltransferase associated protein,VIRMA,又称KI-AA1429)在不同种类肿瘤中的表达情况不同[10]。KI-AA1429既可以通过依赖m6A修饰的方式,调节下游DNA结合抑制因子2(Inhibitor Of DNA Binding 2 , ID2)、GATA结合蛋白3 (GATA binding protein 3,GATA3)和长链非编码RNA;也可以通过不依赖m6A修饰的方式,调节下游细胞周期蛋白依赖性激酶1(cyclin dependent kinase 1,CDK1)和c-jun,在肿瘤的发生和进展中起作用[22]。Qian等发现KI-AA1429在乳腺癌组织和细胞中过表达,以不依赖于m6A修饰的方式调节细胞周期蛋白依赖性激酶1(CDK1),促进乳腺癌的增殖和转移[23]。Zhang等提出KIAA1429/染色体结构维持蛋白1A(Structural Maintenance Of Chromosomes 1A,SMC1A)/SNAIL轴在调节乳腺癌远处转移中的新机制,且此种机制也不依赖于m6A修饰[24]。KI-AA1429是否还通过调控细胞的其他生理活动和信号通路,进一步影响乳腺癌的侵袭转移,有待未来的进一步研究和探索。
除上述METTL3、METTL14、WTAP、KI-AA1429外,还有包括RNA结合基序蛋白15B(RBM15B)、Cbl原癌基因E3泛素连接酶蛋白类似物1(CBLL1) 、锌指CCCH域蛋白13(ZC3H13) ,甲基转移酶样蛋白16 (METTL16)在内的多种甲基转移酶也被报道也在乳腺癌的侵袭转移中发挥作用,在此不做赘述。
3.2 m6A去甲基酶与乳腺癌侵袭转移
FTO是第一个被报道的m6A去甲基酶。之前被普遍认为与肥胖和糖尿病有关,随着研究的深入,FTO被逐渐发现在多种癌症中失调,并发挥致癌或抑癌作用[25]。然而,FTO失调在乳腺癌中的作用机制尚不明确。Jeschke等发现FTO在乳腺癌中低表达,低表达的FTO通过提高m6A水平,调控Wnt信号通路,促进上皮间质转化。除此之外,Jeschke等还提出了FTO低表达的肿瘤细胞对Wnt通路抑制剂具有更高的敏感性,FTO低表达的乳腺癌患者更有可能从Wnt抑制剂中获益[26]。然而,Xu等发现FTO在人表皮生长因子受体-2(HER-2)阳性的乳腺癌中高表达,通过FTO/miR-181b-3p/ARL5B(ADP Ribosylation Factor Like GTPase 5B)轴,加速肿瘤细胞迁移和侵袭[27]。这与Jeschke所报道的“FTO下调发生在乳腺癌的所有主要分子亚型中”矛盾,考虑是由于数据库和统计方法的差异以及肿瘤细胞的异质性所致。关于FTO在乳腺癌侵袭转移中究竟是起到促进还是抑制作用,至今还存在较大的争议。作为除FTO以外的另一种m6A去甲基酶,ALKBH5在乳腺癌中侵袭转移中作用也逐渐被更多的学者关注。Zhang等发现,ALKBH5可能作为缺氧诱导因子(Hypoxia Inducible Factor ,HIF)的下游靶基因,和锌指蛋白217(Zinc Finger Protein 217,ZNF217)协同,降低NANOG同源盒蛋白(NANOG Homeobox,NANOG)和Kruppel样因子(Kruppel Like Factor 4,KLF4)mRNA的m6A修饰水平,提高NANOG和KLF4的mRNA稳定性,进而增加乳腺癌发生和转移所需的干细胞的百分比,在乳腺癌中起到致癌作用[28、29]。以上研究为我们提供了研发ALKBH5抑制剂阻止乳腺癌侵袭转移的新思路。