Advanced Science | lncRNA编码的线粒体定位肽促进正常细胞的恶性转化

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Advanced Science | lncRNA编码的线粒体定位肽促进正常细胞的恶性转化 by BioArtMED

哺乳动物基因组在转录过程中产生的RNA 98%都是非编码的。一般认为，非编码RNA（ncRNA）是从基因组转录而来，但不具备翻译蛋白质的能力。其中，长链非编码RNA（lncRNA）发挥了包括转录调节、染色体失活、异染色质形成和端粒维持等诸多细胞功能。但是近些年来，越来越多的证据表明，在注释为lncRNA的转录本中可以发现微小开放式阅读框（mORF）【1】。

传统的基因注释过程和蛋白质组学研究中往往会过滤掉长度小于100个氨基酸的蛋白质，并将其视为“噪声”或“假阳性”。因此，很容易忽略这些由“基因组噪声”等微小开放式阅读框编码的小“噪声蛋白”。

近日，苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室、苏州医学院放射医学与防护学院和苏州大学附属第二医院的研究团队最近于Advanced Science杂志在线发表了题为The Tumorigenic Effect of lncRNA AFAP1-AS1 is Mediated by Translated Peptide ATMLP Under the Control of m6A Methylation的文章。

该团队在研究辐射诱导的ncRNA和细胞骨架动力学调控时，构建了基于质谱的ncRNA翻译多肽数据库，发现了辐射应激导致微丝异常解聚后高表达的lncRNA AFAP1-AS1具有翻译短肽的能力，其翻译的90个氨基酸的小分子线粒体定位肽ATMLP具有显著的促癌作用。这是目前为止发现的第一个由lncRNA编码的线粒体定位肽。深入研究发现，电离辐射通过增强lncRNA AFAP1-AS1的1313位腺嘌呤甲基化，诱导ATMLP小分子多肽的“非帽依赖”式翻译。ATMLP定位于线粒体，通过抑制受损线粒体与溶酶体的结合逃脱自噬，促进正常细胞的恶性转化。该工作揭示了lncRNA翻译多肽的分子机制，为ncRNA功能和辐射致癌的分子研究提供了新的思路。

研究人员的前期研究工作发现，lncRNA AFAP1-AS1（NCBI基因注释为XR_026892.1、Ensembl基因注释ENSG00000272620）与辐射诱导的细胞生物学效应密切相关。人类AFAP1-AS1基因由两个外显子组成，跨度为6.81千碱基（kb）。使用PhylCSF 【2】搜索潜在的翻译区域、核糖体印记测序数据库GWIPS-viz【2】比对后发现AFAP1-AS1可能被翻译。随后通过构建RNA与核糖体结合和翻译检测的TRICK双荧光工具，验证了lncRNA AFAP1-AS1及其突变体与核糖体结合和被翻译的能力。进一步地，研究人员制备抗体并通过基因敲除方法验证了内源性小分子多肽的存在。

lncRNA一般不具备5’-帽结构，传统的 “帽依赖”翻译方式不适用于解释非编码RNA翻译的机制。近年来，研究非编码RNA来源多肽的工作大多研究其重要的生物学功能，未阐释清楚lncRNA为何会翻译蛋白质。在此，研究人员发现lncRNA AFAP1-AS1在辐射诱导后其m⁶A甲基化水平升高，随后采用UV交联-免疫沉淀（miCLiP）方法鉴定lncRNA AFAP1-AS1上的m⁶A位点和翻译能力，最终明确lncRNA AFAP1-AS1的m⁶A甲基化位点可能通过 “非帽依赖”的独立翻译机制起到募集翻译起始复合物的作用（图3）。

随后，研究人员通过Co-IP方法鉴定了ATMLP结合蛋白。其结合蛋白的GO注释显示与ATMLP相互作用的大多数蛋白质都参与线粒体自噬、细胞骨架动力学调节、线粒体内膜转运等功能，表明ATMLP可能调节细胞线粒体介导的自噬。NIPSNAP1就是其中之一，也是指纹肽段鉴定最多的蛋白质。通过碱性Na₂CO₃提取分离线粒体外膜蛋白后发现NIPSNAP1在线粒体外膜的定位随着ATMLP的表达而减少。作为细胞线粒体“吃我”自噬信号的重要感受因子，NIPSNAP1与ATMLP介导的线粒体膜转运密切相关，ATMLP通过抑制NIPSNAP1的外膜转运抑制自噬溶酶体的形成。ATMLP表达和NIPSNAP1敲低细胞中的线粒体在受损后没有被完全清除。这些数据表明，这种线粒体“自噬逃逸”的机制，很可能是细胞早期恶性转化的重要原因。

图1. ATMLP通过阻断受损线粒体与溶酶体的结合导致线粒体自噬逃逸的机制

苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室周光明和裴海龙研究组博士研究生戴迎初和硕士研究生于涌铎为该论文的共同第一作者，周光明教授、裴海龙副教授和美国哥伦比亚大学Tom K. Hei教授为该论文通讯作者。特别感谢苏州大学附属第二医院张永胜研究员和曹志飞副研究员的大力帮助。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202300314

制版人：十一

参考文献

1. Chen, J., Brunner, A.D., Cogan, J.Z., Nunez, J.K., Fields, A.P., Adamson, B., Itzhak, D.N., Li, J.Y., Mann, M., Leonetti, M.D., et al. (2020). Pervasive functional translation of noncanonical human open reading frames. Science 367, 1140-1146.

2. Lin, M.F., Jungreis, I., and Kellis, M. (2011). PhyloCSF: a comparative genomics method to distinguish protein coding and non-coding regions. Bioinformatics 27, i275-282.

3. Michel, A.M., Fox, G., A, M.K., De Bo, C., O'Connor, P.B., Heaphy, S.M., Mullan, J.P., Donohue, C.A., Higgins, D.G., and Baranov, P.V. (2014). GWIPS-viz: development of a ribo-seq genome browser. Nucleic acids research 42, D859-864.

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