重磅|3篇Nature背靠背發表，科學家發現新型的致癌機制

　　在所有真核細胞中，基因表達分三步進行，分別由RNA聚合酶(RNA polymerase)、剪接體(Spliceosome)、和核糖體(Ribosome)執行。首先，儲存在遺傳物質DNA序列中的遺傳信息必須通過RNA聚合酶的作用轉變成前體信使RNA (precursor messenger RNA, 簡稱pre-mRNA)，這一步簡稱轉錄(transcription)；其次，前體信使RNA由多個內含子和外顯子間隔形成，必須通過剪接體的作用去除內含子、連接外顯子之后才能轉變為成熟的信使RNA，這一步簡稱剪接(splicing)；第三，成熟的信使RNA必須通過核糖體的作用轉變成蛋白質之后才能行使生命活動的各種功能。描述這一過程的規律被稱為生物學的中心法則，其在生命科學領域具有核心重要性。但是，現在Nature 背靠背發表3篇文章，揭示剪接過程的異常，會導致腫瘤的發生。

　　癌癥是由稱為驅動因子的基因組改變引起的。盡管已知有數百種編碼基因的驅動程序，雖然進行了深入的已經，但迄今為止僅發現了少數非編碼驅動程序。相比之下，由于表征非編碼癌癥驅動程序的綜合挑戰和snRNA基因的重復性，對剪接體非編碼成分，一系列小核RNA（snRNA）的癌癥相關改變的研究很少。2019年10月9日，Lincoln D. Stein團隊在Nature 在線發表題為"The U1 spliceosomal RNA is recurrently mutated in multiple cancers"的研究論文，該研究報告了在幾種腫瘤類型中，U1 snRNA的第三個堿基處高度復發的A> C體細胞突變。U1的主要功能是通過堿基配對識別5'剪接位點（5'SS）。此突變將U1和5'SS之間的優先A-U堿基配對更改為C-G堿基配對，從而創建新的剪接點并改變了多個基因的剪接模式，包括已知的癌癥驅動程序。在臨床上，A> C突變與肝細胞癌（HCC）的酒精濫用和慢性淋巴細胞性白血病（CLL）的侵襲性IGHV亞型相關。該研究證明了剪接體RNA中最早的非編碼驅動程序之一，揭示了癌癥中異常剪接的新機制，這可能代表了新的治療靶標。

　　癌癥中的復發性體細胞單核苷酸變異（SNV）很大程度上局限于蛋白質編碼基因，在大多數兒科癌癥中很少見。2019年10月9日，Michael D. Taylor團隊在Nature 在線發表題為"Recurrent non-coding U1-snRNA mutations drive cryptic splicing in Shh medulloblastoma"的研究論文，該研究報道了約50％的Sonic hedgehog髓母細胞瘤（Shh-MB）中U1剪接小核RNA（snRNA）的高度復發性熱點突變，該突變在其他髓母細胞瘤亞組中均不存在。U1-snRNA突變發生在5'剪接位點結合區域，并且snRNA突變型腫瘤已顯著破壞RNA剪接，并帶有過量的5'剪接事件。突變的U1-snRNA介導的可變剪接使腫瘤抑制基因（PTCH1）失活，并激活癌基因（GLI2，CCND2），這是治療的新靶點，并構成了在癌癥非蛋白質編碼基因的高度復發性和組織特異性突變。

　　SF3B1是癌癥中最常見的突變的RNA剪接因子，但對SF3B1突變促進惡性腫瘤的機制了解甚少。2019年10月9日，Robert K. Bradley及Omar Abdel-Wahab共同通訊在Nature 在線發表題為"Spliceosomal disruption of the non-canonical BAF complex in cancer"的研究論文，該研究發現突變體SF3B1識別BRD9中的內含子分支點，從而誘導包含內源性逆轉錄病毒元件的毒性外顯子的摻入以及隨后BRD9 mRNA的降解。BRD9的消耗會導致CTCF相關基因座上非典型BAF的丟失，并促進黑色素瘤的發生。 該研究結果暗示了非典型BAF在攜帶SF3B1突變的多種癌癥類型中的破壞，并提出了一種基于機制的治療方法來治療這些惡性腫瘤。

　　剪切過程背景介紹

　　在1977年，Phillip Sharp和Richard Roberts倆個研究組獨立發現了剪切這一過程，緊接著，1979年， Steitz研究組發現五種稱為U1，U2，U4，U5和U6 snRNA的富含尿苷的小核RNA（snRNA）和7種12-35kDa的蛋白質（snRNPs）。之后， Steitz等研究組發現U1 snRNA的5'末端序列被識別為與5'剪接位點（5'SS）互補，并且snRNP被部分純化。純化的U1snRNP在體外特異性結合到5'SS上，并且U1snRNP的消耗抑制了體外剪接。隨后，證實了多個snRNPs參與前mRNA剪接。

　　剪接測定的發展使得剪切反應的描繪成為可能。發現ATP和鎂（Mg2 +）對于腺病毒前體mRNA的體外剪接是必不可少的。通過分支點序列（BPS）中的腺苷核苷酸和5'SS的5'末端的鳥嘌呤核苷酸之間的連接形成內含子套索結構，得到了生物化學證實。

　　前體mRNA剪接是由剪接體催化的，剪接體是一種高度動態和復雜的分子機器，它含有前體mRNA，U1，U2，U4 / U6和U5 snRNPs以及許多非snRNP蛋白。U1和U2 snRNP分別與內含子的5'剪接位點（ss）和分支位點（BS）相互作用，同時為U4 / U6.U5 tri-snRNP的穩定整合鋪平了道路，產生了剪接體B復合物。然而，盡管tri-snRNP引入了必需的催化組分，但是剪接體B復合物仍然需要轉化成催化活性復合物，這一過程需要廣泛的結構重排。通過解開U4 snRNA的U4 / U6雙鏈體（通過RNA解旋酶Brr2）啟動活化， U6隨后與U2（U2 / U6螺旋Ia和螺旋Ib）以及內部莖環（U6 ISL）自由地形成短雙鏈體。最終在剪接體激活期間建立的催化RNA-RNA網絡與II組自我剪接內含子的催化核心非常相似。

剪切過程

　　隨后通過RNA解旋酶PRP2將所得的活化的但是預催化的B（Bact）復合物轉化為催化剪接體（命名為B *）。在人類中，B-to-B *轉換也需要AQR RNA解旋酶的ATP酶活性，這在酵母釀酒酵母的剪接體中是不存在的。這表明人類剪接體中催化活化所需的構象重排比酵母中的那些更復雜。B *復合物催化剪切的第一步，產生切割的5'外顯子和內含子3'外顯子套索中間體，產生剪接體C復合物。額外的RNP重排將C復合物轉化為C *復合物，然后催化第二步剪接，并且5'和3'外顯子的連接形成mRNA并釋放內含子作為套索。

　　U1剪接體RNA在多種癌癥中反復突變

　　癌癥是由稱為驅動因子的基因組改變引起的。盡管已知有數百種編碼基因的驅動程序，雖然進行了深入的已經，但迄今為止僅發現了少數非編碼驅動程序。最近注意力已經轉移到改變的RNA剪接在癌癥中的作用。相比之下，由于表征非編碼癌癥驅動程序的綜合挑戰和snRNA基因的重復性，對剪接體非編碼成分，一系列小核RNA（snRNA）的癌癥相關改變的研究很少。

　　在這里，研究人員報告了在幾種腫瘤類型中，U1 snRNA的第三個堿基處高度復發的A> C體細胞突變。U1的主要功能是通過堿基配對識別5'剪接位點（5'SS）。此突變將U1和5'SS之間的優先A-U堿基配對更改為C-G堿基配對，從而創建新的剪接點并改變了多個基因的剪接模式，包括已知的癌癥驅動程序。在臨床上，A> C突變與肝細胞癌（HCC）的酒精濫用和慢性淋巴細胞性白血病（CLL）的侵襲性IGHV亞型相關。

　　該研究證明了剪接體RNA中最早的非編碼驅動程序之一，揭示了癌癥中異常剪接的新機制，這可能代表了新的治療靶標。

　　U1-snRNA突變驅動Shh髓母細胞瘤

　　癌癥中的復發性體細胞單核苷酸變異（SNV）很大程度上局限于蛋白質編碼基因，在大多數兒科癌癥中很少見。

　　在這里，研究人員報道了約50％的Sonic hedgehog髓母細胞瘤（Shh-MB）中U1剪接小核RNA（snRNA）的高度復發性熱點突變，該突變在其他髓母細胞瘤亞組中均不存在。在其他36種其他腫瘤類型的2,442例癌癥中，發現此U1-snRNA熱點突變<0.1％。嬰兒Shh-MB基本上不存在這種突變，這種突變發生在97％的成年人（Shhδ）和25％的青少年（Shhα）中。

　　U1-snRNA突變發生在5'剪接位點結合區域，并且snRNA突變型腫瘤已顯著破壞RNA剪接，并帶有過量的5'剪接事件。突變的U1-snRNA介導的可變剪接使腫瘤抑制基因（PTCH1）失活，并激活癌基因（GLI2，CCND2），這是治療的新靶點，并構成了在癌癥非蛋白質編碼基因的高度復發性和組織特異性突變。

　　SF3B1驅動黑色素瘤的進展

　　SF3B1是癌癥中最常見的突變的RNA剪接因子，但對SF3B1突變促進惡性腫瘤的機制了解甚少。在這里，研究人員將全癌剪接分析與正富集CRISPR篩選相結合，以優先考慮促進腫瘤發生的剪接改變。

　　該研究發現多樣的SF3B1突變在BRD9的抑制上收斂，BRD9是最近描述的非經典BAF染色質重塑復合體的核心組件，該復合體也包含GLTSCR1和GLTSCR1L。突變體SF3B1識別BRD9中的內含子分支點，從而誘導包含內源性逆轉錄病毒元件的毒性外顯子的摻入以及隨后BRD9 mRNA的降解。BRD9的消耗會導致CTCF相關基因座上非典型BAF的丟失，并促進黑色素瘤的發生。

　　BRD9是葡萄膜黑色素瘤中的一種有效的腫瘤抑制因子，因此使用反義寡核苷酸或CRISPR定向誘變糾正SF3B1突變細胞中BRD9的錯剪，可以抑制腫瘤的生長。該研究結果暗示了非典型BAF在攜帶SF3B1突變的多種癌癥類型中的破壞，并提出了一種基于機制的治療方法來治療這些惡性腫瘤。

　　參考信息：

　　https://www.nature.com/articles/s41586-019-1651-z

　　https://www.nature.com/articles/s41586-019-1650-0

　　https://www.nature.com/articles/s41586-019-1646-9