LINE-1通过刺激非小细胞肺癌的代谢重编程促进致瘤性并加剧肿瘤进展
更新时间：2022-10-20 | 点击率：1075
长散布核元件-1 (Long Interspersed Nuclear Element-1，LINE-1，L1) 代表一个非长末端重复序列(LTR) 转座因子(TEs) 家族，占人类基因组的17%，约有50万个拷贝广泛分布在基因组中。具有转录活性的L1可以通过转座子的反转录（称为L1逆转录转座子(LRT) ）自行繁殖并插入到基因组中的一个基因位点。在其他情况下，通过激活L1反义启动子 (L1-ASP)，内含子区域内的L1也可以通过剪接位点转录到基因的邻近外显子中，产生L1基因嵌合转录本 (L1-gene chimeric transcript，LCT)，这可能会影响基因的表达或功能。据报道，通过L1-ASP激活的LCTs 在大多数癌症组织中具有异常高表达，并与致癌活性相关。
L1活性的增加与癌症、神经退行性疾病和许多其他疾病有关。因此，对LRT和反式剪接事件的检测是理解L1如何改变基因表达或功能，从而导致疾病的发展和进展的关键。基于整个外显子组或基因组测序和L1靶向测序，已经有许多策略在DNA水平上观察LRT。虽然DNA测序可能缺乏捕获反式剪接事件和在转录水平上量化L1活性水平的分辨率，但其他方法已经开始强调开发基于短读RNA测序数据的LCT。由于技术限制，例如测序组装需要高测序深度或其他限制，这些工具检测到的 LCT 事件仍然有限。此外，这些分析工具依赖于配对末端测序数据，因此难以从单细胞测序数据推断出单细胞水平的 LCT 事件研究。因此，癌症生物学需要一个能够在全转录组或单细胞水平上准确检.测全基因组 LCT 的分析框架，以更好地研究 LCT 在肿瘤发生中的作用。文章作者开发了一种具有高灵敏度的逆转录转座子-基因融合评估程序(Retrotransposon-gene fusion estimation program，ReFuse)，可从非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC) scRNA-seq数据中，在全基因组水平准确检测L1-基因嵌合转录本 (LCTs)。应用ReFuse识别和量化来自TCGA肺癌队列 (n=1,146)和1个scRNA-seq数据集的RNA-seq数据的L1-基因嵌合转录本LCTs，然后在1个独立队列 (n=134)中进一步验证这些LCTs。文章还分析了1种癌症特异性LCT (L1-FGGY)在LUSC（肺鳞状细胞癌，lung squamous cell carcinoma）细胞系和小鼠的细胞增殖及肿瘤进展中的功能作用。文章揭示了L1在肺癌代谢重编程中的促进作用，并为L1特异性预后 (L1-specifc prognosis) 研究奠定了理论基础。
在这项研究中，作者开发了一种基于局部比对的生物信息学工具 (ReFuse)，用于在批量和单细胞 RNA 测序数据中检测肺癌中具有高灵敏度的全基因组 LCT。通过数据对比分析，作者观察到 LCTs 优先参与具有线粒体功能和代谢过程的基因，从而引发有利于肿瘤细胞生长、存活和转移的代谢重组。
为了确定总体LCT水平与基因组、转录组、表观遗传谱和临床结果的关联，作者总结了涵盖LCT的reads，并通过每个肿瘤样本的测序深度进行标准化，以表示相应肿瘤样本的总体L1活性。LUSC和LUAD中L1活性与RNA测序数据的相关性表明，L1与线粒体翻译和NADH代谢过程的基因表达、DNA复制/DNA修复和甲基化呈正相关，而与免疫反应中的基因表达，尤其是T细胞免疫，呈负相关。Figure S6. The mitochondrial morphology and functions.(C)The MMP results of H520OV-CTRL and H520OV-L1-FGGY.
特别是，在对 LCT 的综合体外和体内功能研究中，文章揭示了高度复发的癌症特异性LCT： L1-FGGY，它通过管理花生四烯酸和脂肪酸的代谢途径刺激 12-LOX 途径，通过加速 GPR31 去泛素化和增强 12S-HETE/GPR31 相互作用激活Wnt 信号通路，从而直接影响致癌。此项研究揭示了 L1 整合在肺癌致瘤性代谢编程中的功能作用。这可能反映出LCT在其他癌症类型中的类似行为。由于12S-HETE/GPR31相互作用是12-LOX/GPR31代谢途径的关键组成部分，作者检测了GPR31蛋白在H520OV−L1−FGGY 中的表达和分布，发现L1 FGGY在H520OV−L1−FGGY的细胞膜中诱导了高水平的GPR31蛋白，而不是在细胞溶质中。Fig. 6 L1-FGGY activated Wnt signaling pathway in LUSC via accelerating GPR31 deubiquitination and enhancing 12S-HETE/GPR31 interaction.(F)Western blot results to detect expression of GPR31 from whole lysate, fraction of cell membrane and cytosol individually in H520OV−CTRL and H520OV−L1−FGGY.
在这项研究中，作者开发了一种生物信息学方法ReFuse，用于识别和量化肺癌批量和单细胞RNA序列数据中的LCT。LCT事件与参与特定代谢过程和线粒体功能的基因有关。对癌症特异性LCT (L1-FGGY) 的功能分析表明，AA代谢途径通过L1-FGGY嵌合转录物中的FGGY丢失而激活，以促进肿瘤生长，联合使用抗HIV药物 (NVR) 和代谢抑制剂 (ML355) 可有效靶向肿瘤生长。这些发现表明了L1在肺癌代谢重编程中的作用，为L1特异性预后提供了理论基础，并为肺癌的治疗策略提供了可能性。
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