CircMAPK14編碼多肽——抑制腫瘤

眾所周知，MAPK信號(hào)通路和腫瘤進(jìn)展密切相關(guān)，其中MAPK14是該通路上調(diào)控結(jié)直腸癌（CRC）進(jìn)展的重要分子模塊。近來(lái)，也有不少研究表明circRNA可以編碼多肽，但是circMAPK14是否具有翻譯功能又在CRC中扮演何種作用仍然未知。本研究對(duì)此進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)CircMAPK14是一個(gè)可編碼的腫瘤抑制因子。本文于2021年10月發(fā)表在《Clinical and Translational Medicine》IF:11.492期刊上。

技術(shù)路線：

主要結(jié)果：

1、circMAPK14在CRC細(xì)胞和組織中的特征

作者首先從circRNADb數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選到了4個(gè)來(lái)源于MAPK14分子的circRNAs，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有(hsa_circ_24603在72對(duì)CRC組織中顯著上調(diào)，將其命名為circMAPK14，其低表達(dá)與CRC腫瘤不良預(yù)后相關(guān)，且在多個(gè)CRC細(xì)胞系中顯著下調(diào)表達(dá)。研究顯示circMAPK14來(lái)源與MAPK14的外顯子4至10的片段背向剪切而成，全長(zhǎng)536nt，并主要定位在細(xì)胞質(zhì)中。

圖1 CRC組織和細(xì)胞系中circMAPK14的鑒定和特征

2、circMAPK14抑制CRC的增殖和遷移

接下來(lái)作者研究了circMAPK14的生物學(xué)功能，如圖2，結(jié)果顯示過(guò)表達(dá)circMAPK14會(huì)顯著抑制CRC細(xì)胞系的增殖，集落形成，遷移和侵襲，同時(shí)促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡。

圖2 CircMAPK14抑制CRC細(xì)胞的增殖和遷移

3、circMAPK14在CRC中編碼一種新蛋白

基于上述circRNADb數(shù)據(jù)庫(kù)分析，作者發(fā)現(xiàn)circMAPK14包含一個(gè)開(kāi)放閱讀框和一個(gè)IRES序列，可能編碼一個(gè)175個(gè)氨基酸的蛋白（命名為circMAPK14-175aa），如圖3A所示。隨后為驗(yàn)證其編碼蛋白的活性，將IRES的兩個(gè)不同區(qū)域突變掉（圖3B），發(fā)現(xiàn)IRES突變體1顯著降低了熒光素酶活性，但突變體2沒(méi)有影響（圖3C）。circMAPK14-175aa多肽序列包含一段MAPK14的同源片段，該片段包含一個(gè)特殊的C末端‘Gly Ile Trp’（GIW）序列，并且作者發(fā)現(xiàn)了一種針對(duì)MAPK14中間段的抗體(aa 150-250)，它能同時(shí)識(shí)別MAPK14和circMAPK14-175aa。隨后作者進(jìn)一步探究了circMAPK14-175aa的IRES活性，發(fā)現(xiàn)circMAPK14編碼175 aa蛋白，分子量為20 kDa，由IRES序列在核苷酸288-427處驅(qū)動(dòng)（圖3E）。之后將circMAPK14過(guò)表達(dá)載體和IRES突變體1載體同時(shí)轉(zhuǎn)染至CRC細(xì)胞，銀染和LC-MS/MS結(jié)果顯示一個(gè)特殊序列，F(xiàn)ANVFIGANPLGIW，它包含一段C末端有GIW的氨基酸序列，這和前面的研究結(jié)果一致，且同樣的結(jié)果在WB中也發(fā)現(xiàn)了（圖3F-H）。在CRC細(xì)胞系和組織中， 這175aa的表達(dá)水平都顯著低于對(duì)照組，而過(guò)表達(dá)或敲除這175aa，都不能改變MAPK14的蛋白水平（圖3I-J）。這些結(jié)果表明這175個(gè)氨基酸是由circMAPK14編碼而來(lái)。

圖3 CircMAPK14編碼175個(gè)氨基酸的新蛋白質(zhì)，稱為circMAPK14 -175aa

4、circMAPK14抑制CRC細(xì)胞的惡性表型是通過(guò)circMAPK14 -175aa

為了進(jìn)一步評(píng)估circMAPK14在CRC中生物學(xué)功能是否通過(guò)編碼蛋白，作者將以下載體轉(zhuǎn)染至兩株CRC細(xì)胞系中：circMAPK14-ov，circMAPK14 ATG mut，circMAPK14 IRES mut，線性化的175aa-ov，和circMAPK14-sh#1。上述載體都沒(méi)有影響MAPK14的表達(dá)。結(jié)果如圖4所示，circMAPK14-ov和線性化的175aa-ov都能顯著抑制CRC細(xì)胞的生物學(xué)功能，但是和circMAPK14-ov組相比，circMAPK14 ATG mut，circMAPK14 IRES mut的生物學(xué)功能沒(méi)有顯著回復(fù)，表明circMAPK14抑制CRC細(xì)胞的惡性表型是通過(guò)circMAPK14 -175aa。

圖4 CircMAPK14體外通過(guò)175aa抑制CRC惡性表型

5、circMAPK14緩解腫瘤生成和轉(zhuǎn)移是通過(guò)circMAPK14 -175aa

之后作者進(jìn)一步在體內(nèi)探究了circMAPK14 -175aa多肽是否具有生物活性。這里是將circMAPK14-ov和線性化的175aa-ov的細(xì)胞系接種至小鼠，結(jié)果如圖5所示，這兩種方式都能顯著抑制小鼠的腫瘤體積和重量，以及肺轉(zhuǎn)移和肝臟轉(zhuǎn)移。表明circMAPK14編碼的多肽175aa-ov承載了緩解腫瘤生長(zhǎng)的生物學(xué)功能。

圖5 CircMAPK14在體內(nèi)通過(guò)175aa降低CRC的致瘤性和轉(zhuǎn)移

6、circMAPK14-175aa抑制MAPK14的磷酸化通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合MKK6

為了探究circMAPK14 -175aa調(diào)控的潛在機(jī)制，作者將Flag-tagged circMAPK14 -175aa轉(zhuǎn)染至HEK193T細(xì)胞，進(jìn)行免疫沉淀（IP）實(shí)驗(yàn)。作者通過(guò)IP裂解物的MS結(jié)果鑒定到MKK6蛋白可能與circMAPK14-175aa結(jié)合。Flag標(biāo)記的circMAPK14-175aa可以和MKK6相互作用，并具有細(xì)胞質(zhì)共定位（圖6A-C）。此前有研究表明激活上游激酶MKK6可以磷酸化MAPK14，當(dāng)MAPK14被磷酸化，它就會(huì)被轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核從而阻斷FOXC1的降解。由于circMAPK14-175aa和MAPK14共享序列包含其磷酸化識(shí)別位點(diǎn)，所以作者猜測(cè)circMAPK14-175aa可能可以結(jié)合MKK6。因此，進(jìn)行了co-IP實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示上調(diào)circMAPK14增加了circMAPK14-175aa和MKK6的綁定程度，但是降低了MAPK14和MKK6之間的結(jié)合（圖6D）。這些結(jié)果表明circMAPK14-175aa通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合MKK6來(lái)抑制MAPK14的磷酸化。

隨后，作者進(jìn)一步證實(shí)改變circMAPK14表達(dá)后FOXC1的mRNA和蛋白表達(dá)水平，如預(yù)期地，F(xiàn)OXC1的蛋白水平隨著circMAPK14表達(dá)的改變而改變，但是mRNA水平不受影響（圖6E-F）。作者用蛋白合成抑制劑CHX處理CRC細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)circMAPK14促進(jìn)FOXC1蛋白的降解，縮短其半周期（圖6G）。為了確定降低circMAPK14的表達(dá)是否通過(guò)抑制泛素化來(lái)維持FOXC1蛋白的穩(wěn)定性，將Myc-FOXC1和HAUb共轉(zhuǎn)染到穩(wěn)定轉(zhuǎn)染circMAPK14的CRC細(xì)胞中，研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)circMAPK14可增強(qiáng)FOXC11的泛素化（圖6I）。FOXC1的下游靶基因也發(fā)生了相應(yīng)的變化，包括SOX4、SOX13和MMP10（圖6J）?？偟膩?lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)表明，circMAPK14編碼的circMAPK14-175aa通過(guò)抑制MAPK14核易位促進(jìn)FOXC1降解，而不是直接與FOXC1結(jié)合。

圖6 CircMAPK14-175aa通過(guò)與MKK6競(jìng)爭(zhēng)抑制MAPK14的磷酸化，隨后通過(guò)泛素化促進(jìn)FOXC1的降解

總之，本研究表明circMAPK14- 175aa由circMAPK14編碼，依賴于其ORF和IRES序列。circMAPK14- 175aa通過(guò)與MKK6競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合抑制MAPK14的磷酸化，從而抑制MAPK14的核轉(zhuǎn)位。此外，circMAPK14-175aa加速了泛素介導(dǎo)的FOXC1降解，抑制了CRC的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。此外，CRC中FOXC1升高是circMAPK14-175aa表達(dá)減少所致。反過(guò)來(lái)，這通過(guò)抑制U2AF2的轉(zhuǎn)錄降低了circMAPK14的循環(huán)效率，形成了一個(gè)正反饋回路來(lái)調(diào)節(jié)CRC中的circMAPK14（圖7）。

圖7 circMAPK14編碼的circMAPK14-175aa與MKK6競(jìng)爭(zhēng)抑制CRC的致瘤性和轉(zhuǎn)移的機(jī)制圖

參考文獻(xiàn)：

Wang, L, Zhou, J, Zhang, C, et al. A novel tumour suppressor protein encoded by circMAPK14 inhibits progression and metastasis of colorectal cancer by competitively binding to MKK6. Clin Transl Med. 2021; 11:e613. https://doi-org.washington.80599.net/10.1002/ctm2.613