c-Myc调控的mRNA m6A甲基化修饰影响肿瘤细胞代谢重编程的机制研究

N6-methyladenosine (m6A) has been recently uncovered as a conserved epitranscriptomic modification of mRNAs in eukaryotic cells, however, its underlying regulatory mechanisms and biological functions remain largely elusive. The connection between mRNA m6A modification and cancer development has never been documented. cMyc is an important onco-protein that plays key roles in normal development and carcinogenesis. We and others have reported previously that cMyc is important in facilitating metabolic reprogramming in cancer cells (Gao et al, Nature 2009). Moreover, our unpublished preliminary results indicate that cMyc levels in cancer cells may determine the expression of several factors involved in mRNA m6A modification, with an impact on cellular metabolism. In the study proposed here, we will further investigate how cMyc facilitates mRNA m6A modification and, in particular, we will focus on mRNA m6A modification in metabolic genes and their effects on cancer metabolic reprogramming. The goal for this study is to decipher the link between mRNA m6A modification and cancer development and to identify new mechanisms for the deregulated cMyc in epitranscriptomic modification.

近年来科学家们发现RNA腺嘌呤上第6位的甲基化修饰（m6A）在真核生物中广泛存在，但其调控的分子机制及生物学意义目前仍不清楚。关于m6A修饰与肿瘤之间的关联，迄今仍未见任何报道。cMyc是一个重要的转录因子，调控约15%人类基因的表达，并与30-50%人类恶性肿瘤相关。前期研究中，我们报道了cMyc 在调控非编码RNA功能及细胞代谢中的重要作用 （Nature 2009; EMBO J 2015); 在尚未发表的初步结果中，我们发现cMyc在肿瘤细胞中调节m6A修饰相关的重要分子的表达，并因此影响m6A修饰水平以及细胞代谢功能。因此，本项目将以肿瘤细胞为研究体系，系统研究cMyc对m6A修饰的调控作用及其分子机制，并探讨它们对肿瘤代谢重编程以及肿瘤发生发展的影响。本项目的研究目标是在解析m6A修饰形成的分子机制及其与肿瘤之间的关联的同时，揭示cMyc调控转录后修饰并促进肿瘤发病的新机制。

c-Myc属于Myc基因家族中的一员，在约30-50%的人类恶性肿瘤中异常表达，是一种重要的癌基因。此外，c-Myc还可以调控约15%的人类基因的表达，在影响细胞的生长、增殖、分化和凋亡以及细胞的代谢和恶性转化中均发挥着极为重要的作用，具有非常重要的生理和病理功能。但目前针对高表达cMyc的肿瘤仍没有有效治疗手段与方法。我们前期研究发现cMyc能够抑制m6A修饰，特别是下调cMyc抑制的靶基因（negative regulatory genes, NRG）上m6A的修饰。在此基础上，本项目进一步通过RIP和m6A-RIP实验，发现cMyc通过去甲基转移酶ALKBH5调节NRG上的m6A修饰。我们使用ALKBH5酶活抑制剂环亮氨酸，发现NRG的表达受到同样抑制； 那么，m6A修饰通过何种机制影响基因的表达呢？我们的研究发现，cMyc介导的m6A修饰降低可通过阅读器分子YTHDF3促进NRG蛋白的翻译，从而影响其蛋白表达。通过体外细胞增殖实验和体内移植瘤实验，我们进一步验证了上述调控机制及其在肿瘤发生发展中的作用。因此，我们的工作揭示了MYC-m6A-NRG调节轴对肿瘤发生发展的影响及其机制，研究结果将为临床肿瘤的治疗提供新的理论依据。总体而言，本项目进展顺利，完成了各项预期目标。在本项目资助下，我们发表了相关论文11篇，包括 Cell Metabolism 1篇，Nature Communications 2篇，Cell Research 1篇，EMBO Journal 1篇，EMBO Reports 2篇，Cancer Research 1篇，均标注了本基金的支持。还有若干项有关cMyc调节肿瘤研究的重要成果正在总结或投稿之中。