m6A甲基转移酶METTL3通过调控结直肠细胞干性促进其恶性进展的机制研究

The RNA m6A methylation modification is the frontier of cancer research, which is closely related to the tumor occurrence and development. However, the roles and mechanisms of m6A modification in the recurrence colorectal cancer (CRC) is unclear. Our previous analysis showed that m6A methyltransferase METTL3 was overexpressed in recurrent CRC, and associated with poor prognosis. In vitro and in vivo experiments show that METTL3 promotes CRC malignant progression by regulating its cell stemness, including the proportion of side population cells, sphere formation and chemosensitivity. METTL3 depletion inhibited the tumor growth and metastasis in vitro and in vivo . Further study also showed that the transcription factor SOX2 was regulated by the m6A methyltransferase METTL3. Based on these above studies, we aimed to study the effects of METTL3 in regulating CRC cell stemness, to identify METTL3 targeted genes, to elucidate the molecular mechanisms of the abnormal expression of METTL3, to reveal m6A characteristic and clinical significance in recurrent CRC. This study will identify new prognostic indicator and therapeutic targets, and provide experimental evidence and theoretical basis for colorectal cancer treatment.

RNA的m6A甲基化修饰是肿瘤领域研究的前沿与肿瘤发生发展关系密切，但m6A修饰在结直肠癌的复发过程中作用及机制尚不清楚。我们前期分析发现m6A的甲基转移酶METTL3在复发性结直肠癌中高表达，且与患者不良预后相关，体内外实验表明METTL3调控结直肠癌细胞的干性特性，包括侧群细胞的比例、肿瘤球的形成能力以及对化疗药物敏感性等，敲降METTL3抑制了裸鼠体内外成瘤、生长及转移的能力，深入分析并验证发现干细胞关键的转录因子SOX2等基因受METTL3调控。基于此，本项目将进一步系统研究METTL3影响结直肠癌细胞干性的作用，鉴定METTL3下游的关键靶基因，阐明METTL3异常表达及其靶基因m6A修饰的分子机制，揭示复发性结直肠癌m6A异常修饰的特征及临床意义，为寻找新的结直肠癌新的预后预测指标及治疗靶点提供实验依据和理论基础。

结直肠癌是最常见的恶性肿瘤之一，我国结直肠癌的发病率及死亡率呈现逐年上升趋势。结直肠癌的复发与转移是引起患者死亡率增加的主要原因[2]。因此，探究结直肠癌转移机制并找到新的预后预测靶点，有助于推动结直肠癌患者的精准治疗策略及预后预测。. RNA的表观遗传调控是肿瘤生物学领域研究的前沿。M6A是目前丰度最高，研究最广泛的RNA化学修饰，在调控基因表达、RNA剪切、RNA稳定性、降解等方面可能扮演重要角色，并且和胚胎干细胞命运决定，精子形成，生物节律等密切相关[3]。随着研究的深入，越来越多的证据表明m6A与肿瘤发生发展密切相关，然而，目前在结直肠癌干细胞中m6A异常修饰的特征、作用以及分子机制尚未揭示。因此，研究RNA m6A修饰在结直肠癌干细胞中的作用及调控机制，将有助于从RNA表观遗传调控层面理解结直肠癌复发转移的分子机制，为结直肠癌的诊断、预测预后和分子治疗提供新的思路和理论依据。. 在此次研究中，通过系统分析及大样本的临床样本验证m6A甲基转移酶，去甲基酶及m6A识别蛋白等的表达，证实m6A甲基转移酶METTL3在结直肠癌肿瘤组织及转移灶中高表达，并且与预后密切相关。进一步对细胞转移模型进行MeRIP-seq分析筛选，确定METTL3通过影响细胞干性分化通路以及对SOX2 mRNA的甲基化修饰，上调干性标志物SOX2的表达，从而促进了结直肠癌细胞干性及转移。带有m6A修饰的SOX2 mRNA进一步被m6A识别蛋白IGF2BP2识别，通过增加其mRNA的稳定性，上调SOX2的表达，而且突变SOX2 mRNA上的m6A位点，可明显减弱其与IGF2BP2的结合能力。由METTL3, SOX2, IGF2BP2三个蛋白所组成的预后预测模型，能更准确对结直肠癌患者的预后进行预测，对精准治疗策略有指导意义。. 该工作首次揭示了m6A甲基转移酶复合物中关键酶促分子METTL3在维持结直肠癌细胞干性和自我更新中的，促进肿瘤的恶性进展过程中的关键作用及调控机制；丰富了m6A异常修饰在肿瘤发生发展中的作用；同时通过体内外实验证明METTL3可作为结直肠癌潜在的治疗靶点，为结直肠癌预后预测提供了新的预测模型。