Plus深读 | miR-101调节OGT和EZH2，影响O-GlcNAcylation修饰，并形成...

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本研究中，研究者发现O-GlcNAcylation（O糖的乙酰化）修饰影响结肠癌（CRC）肿瘤细胞的EMT，进而促进肿瘤转移。CRC转移的病人中O-GlcNAcylation水平更高，且EZH2蛋白的稳定性和活性更强，最终促使肿瘤细胞更容易淋巴结迁移。O-GlcNAcylation是由O-GlcNAcylation transferase (OGT)蛋白催化的。一个小RNA：microRNA-101能够调控OGT和EZH2的转录后修饰和表达水平。反过来，microRNA-101的启动子区域又能够被EZH2催化的H3K27me3修饰，抑制其表达，从而解除microRNA-101对OGT和EZH2蛋白的抑制作用。miR-101、OGT和EZH2的反馈调节机制在CRC中起作用，影响肿瘤迁移和病人生存。

1：结肠癌组织中O-GlcNAcylation水平上升，且与淋巴转移相关

通过分析病人样本，研究者发现相对于正常组织，结肠癌肿瘤组织中O-GlcNAcylation水平更高（Fig.1A-B），在细胞核和细胞质中都有（Fig.1A）。值得注意的是，这些高的O-GlcNAcylation水平与患者年龄、性别和肿瘤发生位置等没有关系(Table 1)，而是与肿瘤转移程度呈现密切相关，导致病人更短的生存期（Fig.1C）。通过分析TCGA数据库中所有不同亚型的结肠癌表达数据，发现能够催化O-GlcNAcylation的两个酶OGT和OGA中，OGT在几乎所有亚型中都呈现过度表达，相反的OGA并不会有明显区别，说明OGT可能是与结肠癌发生、以及其中O-GlcNAcylation水平改变直接相关的关键蛋白（Fig.1D）；此外IHC也得到了相似结果（Fig.1E-F）。

Figure 1

2：O-GlcNAcylation的修饰能够促进结肠癌细胞的迁移和侵袭

检验不同细胞系发现，相对于正常肠上皮细胞，肠癌细胞系中OGT的表达水平与O-GlcNAcylation水平都更高（Fig.2A-C）；且迁移最强的细胞系LoVo和SW620中二者也最强（Fig.2A-C）。SW620中进一步过表达OGT会促进细胞迁移（Fig.2D-H），敲除则会抑制迁移（Fig.2F，I）。体内移植瘤模型同样证明了这一点（Fig.2J-K），即OGT修饰的O-GlcNAcylation与肠癌细胞迁移和侵袭能力正相关。

Figure 2

3：O-GlcNAcylation调控EZH2蛋白影响肠癌细胞EMT过程

Figure 3A显示，OGT敲低会导致细胞分布更紧密，失去松散的fibroblast形态；并且敲除后fibronectin和vimentin等mesenchymal标志性蛋白水平明显下降，而E-cadherin等抑制EMT的膜蛋白水平则会大大提高（Fig.3B-D）。通过Co-IP，研究者发现一系列能够与OGT结合、并且能被其催化O-GlcNAcylation修饰的蛋白，这其中包括EZH2（Fig.3E-G）。研究者进一步证明了OGT、O-GlcNAcylation水平与EZH2蛋白水平（代表稳定性）和其催化的H3K27me3水平呈正相关（Fig.3H-I）。更有趣的是，发现了EZH2水平也与EMT水平呈现正相关（Fig.3J-M）。

Figure 3

4：O-GlcNAcylation的修饰促进EZH2稳定性、以及活性

研究者发现，O-GlcNAcylation修饰不仅能够促进EZH2稳定性，更能够促进其与其他PRC2复合物组成蛋白，如SUZ12等的结合强度（Fig.4）。

Figure 4

5：miR-101能够抑制OGT和EZH2，从而影响肠癌细胞EMT

预测得知miR-101/16/204/7等可能参与调节OGT转录后修饰，影响其表达水平（Fig.5A），且其中miR-101在不同物种中序列最保守（Fig.5B）。luciferase报告基因分析、WB等实验也证明，miR-101既能够抑制OGT的表达水平，也能够影响EZH2（Fig.5C-G）。miR-101的表达会抑制细胞迁移，反之其抑制则会促进细胞迁移（Fig.5H-I）；更有趣的是，OGT或者EZH2的过表达都会部分回补miR-101导致的迁移抑制（Fig.5J）。

Figure 5

6：反馈：O-GlcNAcylation修饰和EZH2引起的转录调控能够从转录水平上抑制miR-101

研究者发现，OGT和EZH2敲低后miR-101水平会上升（Fig.6A-D）。其分子原理在于，如Figure 6E-G显示，miR-101的promoter能够被H3K27me3修饰，因此能够被O-GlcNAcylation、EZH2、以及H3K27me3的抗体结合并拉下。并且EZH2敲除后，这些结合都急剧下降（Fig.6H）；而当O-GlcNAcylation水平上升时，H3K27me3水平也相应上升（Fig.6I）。

Figure 6

总结

如下图所示，本文揭示了肠癌转移过程中几个调控因子的作用及相互关系：1）miR-101能够抑制关键蛋白OGT和EZH2水平2）OGT2能够催化EZH2的O-GlcNAcylation修饰，稳定EZH2并促进其结合3）EZH2又能够催化miR-101启动子区域的H3K27me3修饰，抑制miR-101表达4）miR-101和OGT、EZH2借此形成一个负反馈调节机制，共同影响肠癌细胞EMT过程，最终影响患者肿瘤转移和生存。

 

本文来自：

1. Mingzuo Jiang et al. O-GlcNAcylation promotes colorectal cancer metastasis via the miR-101-O-GlcNAc/EZH2 regulatory feedback circuit. Oncogene. 2018;8.

Reference：

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2. Ferrer CM, Lu TY, Bacigalupa ZA, Katsetos CD, Sinclair DA, Reginato MJ. O-GlcNAcylation regulates breast cancer metastasis via SIRT1 modulation of FOXM1 pathway. Oncogene. 2016;36:559–69.

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