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如何研究讓腫瘤又愛(ài)又恨的“ncRNA”編碼肽？

發(fā)布時(shí)間：2025-03-11        瀏覽量：[ 285 ]

隨著翻譯組技術(shù)的進(jìn)步，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到部分“非編碼RNA（ncRNA）”能夠翻譯成生物活性肽（雖然它們也編碼，但為了方便只能繼續(xù)稱(chēng)其為ncRNA了）。目前被發(fā)現(xiàn)具有編碼潛能的ncRNA包括lncRNA、circRNA、pri-miRNA、rRNA、tRNA等。


ncRNA編碼的肽/微蛋白質(zhì)/蛋白具有其獨(dú)特的功能，可調(diào)節(jié)多種疾病的發(fā)生發(fā)展與耐藥性，尤其是在腫瘤中。ncRNA編碼肽可以起抑制或促進(jìn)腫瘤的作用，那我們?cè)撊绾窝芯孔屇[瘤又愛(ài)又恨的ncRNA編碼肽，然后又讓其為我們所用？




圖1 ncRNA編碼肽在各種類(lèi)型的人類(lèi)原發(fā)性腫瘤中的異常表達(dá)。紅色箭頭：上調(diào)。綠色箭頭：下調(diào)。[1]



ncRNA翻譯研究技術(shù)


翻譯組測(cè)序

高通量測(cè)序分析核糖體結(jié)合的RNA，如分析核糖體結(jié)合RNA片段的Ribo-seq、分析不同核糖體數(shù)量結(jié)合RNA的Polysome-seq、分析核糖體結(jié)合全長(zhǎng)RNA的RNC-seq、分析雙/三核糖體結(jié)合RNA片段的Disome/Trisome-seq、分析特定細(xì)胞中核糖體結(jié)合RNA的TRAP-seq等。


生物信息學(xué)工具

基于轉(zhuǎn)錄物序列和結(jié)構(gòu)特征評(píng)估ncRNA的編碼能力，如CPC2、circBank、CPAT、sORFfinder、PhyloCSF等。檢索經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的ncRNA編碼肽，如FuncPEP、ncEP等；條件特異性檢索，如LncPEP 用于lncRNA編碼肽，circRNADb用于circRNA編碼肽，SPENCER用于癌癥中的ncRNA編碼肽。


多聚核糖體分析

如核糖體圖譜分析（polysome profiling），經(jīng)蔗糖密度梯度離心后，分級(jí)分析結(jié)合不同核糖體數(shù)量的RNA，或分析特定RNA結(jié)合核糖體狀態(tài)。


質(zhì)譜分析

制備特異性抗體，或構(gòu)建標(biāo)簽融合蛋白后利用標(biāo)簽抗體富集目標(biāo)肽，質(zhì)譜分析定性、定量檢測(cè)目標(biāo)肽的實(shí)際存在。


更多翻譯驗(yàn)證技術(shù)

僅有核糖體占有率不足以將轉(zhuǎn)錄本分類(lèi)為編碼或非編碼，需要聯(lián)合報(bào)告基因系統(tǒng)、基因編輯技術(shù)、特異性抗體驗(yàn)證等方法的組合，驗(yàn)證ncRNA編碼肽的存在。



圖2 預(yù)測(cè)和表征ncRNA編碼肽的方法。[1]



ncRNA編碼肽在腫瘤中的功能




圖3 ncRNA編碼肽對(duì)癌細(xì)胞生物學(xué)行為的影響。[1]


調(diào)節(jié)增殖和轉(zhuǎn)移

ncRNA編碼肽可通過(guò)激活或抑制MAPK、PI3K/AKT/mTOR、Wnt/β-catenin、STAT、NF-κB、Hippo等信號(hào)通路，或調(diào)節(jié)代謝重編輯、糖酵解、脂質(zhì)代謝、線(xiàn)粒體代謝等途徑調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移。


例如，中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院張弩和徐建波團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)胃癌中circMTHFD2L編碼的CM-248 aa可作為SET-蛋白磷酸酶2A互作抑制劑，促進(jìn)AKT、胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶和P65的去磷酸化，抑制胃癌增值和轉(zhuǎn)移。[2]


調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境

某些腫瘤可形成免疫抑制性腫瘤微環(huán)境，導(dǎo)致T細(xì)胞耗竭，促進(jìn)免疫逃避。而部分ncRNA編碼肽具有調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境的作用。


例如，中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院張弩聯(lián)合吉賽生物團(tuán)隊(duì)研究利用RNC-seq/polysome profiling/ORF-Flag系列翻譯驗(yàn)證載體/特異性抗體制備/質(zhì)譜分析等技術(shù)揭示了H19編碼一種免疫相關(guān)蛋白H19-IRP。H19-IRP可與CCL2和Galectin-9啟動(dòng)子結(jié)合并激活轉(zhuǎn)錄，從而招募MDSC和TAM細(xì)胞，導(dǎo)致T細(xì)胞耗竭和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤免疫抑制性腫瘤微環(huán)境（GBM-TME）。


此外，H19-IRP可作為MHC-1呈遞的腫瘤相關(guān)抗原。靶向H19-IRP的環(huán)狀RNA疫苗（circH 19-vac）可觸發(fā)針對(duì)GBM的強(qiáng)有力的細(xì)胞毒性T細(xì)胞應(yīng)答并抑制GBM生長(zhǎng)。（PS：研究中的circH 19-vac由吉賽生物制備）



圖4 A：RNC-seq技術(shù)路線(xiàn)；B-C：RNA-seq揭示LncRNAs的差異表達(dá)；D-E：polysome profiling和qPCR分析。[3]


調(diào)節(jié)腫瘤血管

由血管和淋巴管組成的脈管系統(tǒng)為腫瘤細(xì)胞提供氧氣和營(yíng)養(yǎng)，新的脈管系統(tǒng)可為腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移提供條件。ncRNA編碼肽可調(diào)控腫瘤脈管系統(tǒng)生成。

例如，天津醫(yī)科大學(xué)張海洋團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)胃癌細(xì)胞外泌體lncAKR1C2在HLEC細(xì)胞中表達(dá)的pep-AKR1C2與YAP相互作用并抑制其磷酸化，促進(jìn)FAO和CPT1A的表達(dá)，并可能通過(guò)脂肪酸代謝誘導(dǎo)淋巴管生成。[4]


調(diào)節(jié)干性和惡性分化

ncRNA編碼肽在癌細(xì)胞的干性維持和上皮細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化中起重要作用。例如，中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院張弩團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞瘤中circ-SMO可以翻譯SMO-193a.a。SMO-193a.a.和SMO可激活下游Hedgehog信號(hào)通路，有助于膠質(zhì)細(xì)胞瘤干細(xì)胞的自我更新。[5]


調(diào)節(jié)衰老

ncRNA編碼肽可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞衰老。例如，香港中文大學(xué)Lili Li和Qian Tao團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，KIAA0495編碼的SP0495可抑制AKT磷酸化及其下游信號(hào)通路，還可調(diào)節(jié)BECN1和p62的穩(wěn)定性，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬及癌細(xì)胞衰老。[6]


調(diào)節(jié)鐵凋亡

鐵死亡是一種依賴(lài)于鐵的程序性細(xì)胞死亡。例如，中國(guó)藥科大學(xué)孔令義/夏元錚團(tuán)隊(duì)與南京醫(yī)科大學(xué)附屬逸夫醫(yī)院陳中研究發(fā)現(xiàn)，PD-1抑制劑聯(lián)合給藥后表達(dá)下調(diào)的circPIAS1編碼的致癌肽circPIAS1-108aa可結(jié)合SUMO E3連接酶Ranbp 2，使STAT1的SUMO化增強(qiáng)、磷酸化減弱，從而激活SLC7A11/GPX4信號(hào)通路，最終有效抑制IFNγ誘導(dǎo)的黑色素瘤細(xì)胞鐵死亡。[7]


調(diào)節(jié)化療/靶向治療/放療抗性

增強(qiáng)腫瘤對(duì)化療、靶向治療和放療的敏感性仍然是一項(xiàng)關(guān)鍵的科學(xué)挑戰(zhàn)，而NcRNA編碼肽有望從一個(gè)全新的角度提供解決方案。例如，山東大學(xué)楊其峰及中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所胡國(guó)宏團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，circTRIM1編碼的TRIM1-269 aa可與MARCKS相互作用，導(dǎo)致MARCKS從細(xì)胞膜易位到細(xì)胞質(zhì)，激活PI3K/AKT/ mTOR通路，從而誘導(dǎo)TNBC細(xì)胞中的多柔比星（DOX）抗性。[8]


圖5 A：MDA-MB-231和231/DOX（DOX抗性亞細(xì)胞系）細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（左）和翻譯組測(cè)序（右）；B：通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和翻譯組測(cè)序鑒定失調(diào)的circRNA。



圖6 C：從過(guò)表達(dá)circTRIM 1或circTRIM 1-ATG-mut（上圖）的293 T細(xì)胞中提取多聚核糖體組分，然后進(jìn)行qRT-PCR以評(píng)價(jià)核糖體結(jié)合潛力。


圖7 D：將circTRIM 1的全長(zhǎng)或截短的IRES序列插入到RLuc-Luc載體中，并通過(guò)報(bào)告基因檢測(cè)分析IRES活性；E：將全長(zhǎng)或截短的IRES序列插入在RFP和GFP之間構(gòu)建載體轉(zhuǎn)染細(xì)胞，用或不用eIF4E抑制劑處理，檢測(cè)RFP和GFP信號(hào)。

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圖8 F：設(shè)計(jì)circTRIM 1-Flag以檢測(cè)circTRIM 1編碼的肽；G：從ProteomeXchange數(shù)據(jù)庫(kù)中下載LC-MS數(shù)據(jù)，并在細(xì)胞系中鑒定TRIM 1 - 269 aa的特異性序列；H：circTRIM 1 OV、circTRIM 1-ATG-mut和TRIM 1 - 269 aa-Flag對(duì)TRIM 1 - 269 aa表達(dá)的影響。


ncRNA編碼肽的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)價(jià)值


腫瘤疫苗開(kāi)發(fā)

部分具有組織特異性的ncRNA編碼肽可特異性激活T細(xì)胞免疫應(yīng)答，利用該特性可以：（1）通過(guò)模擬腫瘤相關(guān)抗原表位重塑腫瘤免疫微環(huán)境；（2）與PD-1/PD-L1等檢查點(diǎn)抑制劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，增強(qiáng)免疫治療敏感性；（3）利用其天然免疫原性構(gòu)建個(gè)性化腫瘤疫苗，為冷腫瘤免疫治療提供新策略。


精準(zhǔn)腫瘤藥物研發(fā)

ncRNA編碼的活性肽具有多靶點(diǎn)調(diào)控優(yōu)勢(shì)：既能通過(guò)干擾致癌信號(hào)通路抑制腫瘤進(jìn)展，又可與化療藥物或靶向制劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，內(nèi)源性肽治療降低傳統(tǒng)治療毒性。


活檢標(biāo)志物

ncRNA編碼肽在腫瘤早期診斷和預(yù)后監(jiān)測(cè)中呈現(xiàn)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：（1）血清/尿液等體液中特異性ncRNA編碼肽的表達(dá)譜與腫瘤分期顯著相關(guān)；（2）其動(dòng)態(tài)變化可實(shí)時(shí)反映治療響應(yīng)，指導(dǎo)臨床決策；（3）基于高通量測(cè)序、質(zhì)譜等檢測(cè)技術(shù)構(gòu)建的多組學(xué)診斷模型，可實(shí)現(xiàn)癌癥的分子分型和復(fù)發(fā)預(yù)警。



圖9 ncRNA編碼肽的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)價(jià)值[1]


ncRNA翻譯研究思路


吉賽生物一站式翻譯研究解決方案，深入研究ncRNA編碼肽，助力挖掘其在腫瘤診斷和治療中的應(yīng)用潛力。



參考文獻(xiàn)

[1] Tan S, et al. Noncoding RNA-encoded peptides in cancer: biological functions, posttranslational modifications and therapeutic potential. J Hematol Oncol. 2025;18(1):20.

[2] Liu H, et al. Circular MTHFD2L RNA-encoded CM-248aa inhibits gastric cancer progression by targeting the SET-PP2A interaction. Mol Ther. 2023;31(6):1739-1755.

[3] Chen J, et al. Lnc-H19-derived protein shapes the immunosuppressive microenvironment of glioblastoma. Cell Rep Med. 2024; 5(11):101806.

[4] Zhu KG, et al. The microprotein encoded by exosomal lncAKR1C2 promotes gastric cancer lymph node metastasis by regulating fatty acid metabolism. Cell Death Dis. 2023;14(10):708.

[5] Wu X, et al. A novel protein encoded by circular SMO RNA is essential for Hedgehog signaling activation and glioblastoma tumorigenicity. Genome Biol. 2021;22(1):33.

[6] Li L, et al. A novel tumor suppressor encoded by a 1p36.3 lncRNA functions as a phosphoinositide-binding protein repressing AKT phosphorylation/activation and promoting autophagy. Cell Death Differ. 2023;30(5):1166-1183.

[7] Zang X, et al. Circular RNA-encoded oncogenic PIAS1 variant blocks immunogenic ferroptosis by modulating the balance between SUMOylation and phosphorylation of STAT1. Mol Cancer. 2024;23(1):207.

[8] Li Y, et al. CircTRIM1 encodes TRIM1-269aa to promote chemoresistance and metastasis of TNBC via enhancing CaM-dependent MARCKS translocation and PI3K/AKT/mTOR activation. Mol Cancer. 2024;23(1):102.