Nature Cancer：METTL16与PDAC中DNA修复的RNA联系

导读

胰腺导管腺癌（PDAC）是最致命的癌症之一。基因改变的特征将改善我们对这种疾病的理解和治疗。在这里，作者报告了METTL16（RNA N6-甲基腺苷修饰的 "写手 "之一）表达升高的PDAC可能受益于聚（ADP-核糖）聚合酶抑制剂（PARPi）治疗。从机制上讲，METTL16通过RNA与MRE11相互作用，这种相互作用以独立于甲基转移酶的方式抑制MRE11的外切酶活性，从而抑制DNA末端切除。在DNA损伤后，ATM将METTL16磷酸化，导致其构象的改变和对其RNA结合的自动抑制。这使METTL16-RNA-MRE11复合物解离，并释放对MRE11的抑制。一致的是，METTL16高表达的PDAC细胞对PARPi的敏感性增加，特别是与吉西他滨联合应用时。因此，作者的研究结果揭示了METTL16在同源重组修复中的作用，并表明PARPi与吉西他滨的结合可能是对METTL16高表达的PDAC的一种有效治疗策略。

论文ID

题目：METTL16 antagonizes MRE11-mediated DNA end resection and confers synthetic lethality to PARP inhibition in pancreatic ductal adenocarcinoma

期刊：Nature Cancer

IF：23.177

发表时间：2022年9月22日

通讯作者单位：梅奥诊所肿瘤部

DOI：https://doi.org/10.1038/s43018-022-00429-3

主要内容：

越来越多的证据表明RNA甲基转移酶与DNA损伤修复有关。METTL16现在被证明可以通过MRE11阻止DNA末端的切除来拮抗同源重组。因此，METTL16可能代表了一种癌症弱点，可用于识别能够从与DNA损伤剂的联合治疗中获益的患者。

DNA损伤修复是细胞生物学的一个重要过程，对癌症有重大影响。化疗会诱导快速增殖的癌细胞积累DNA损伤，当细胞无法修复这种损伤时，会导致细胞凋亡。因此，了解DNA损伤修复的基本机制可以识别出具有更高的疗效和更少副作用的新疗法。这对以基因组不稳定为特征的癌症尤其重要，如胰腺导管腺癌（PDAC）。PDAC的预后很差，而化疗对它的影响不大。作者发现m6A RNA甲基转移酶METTL16通过封存双链断裂（DSB）修复蛋白MRE11来阻止DNA损伤修复，从而使表达METTL16水平升高的PDAC细胞更容易受到聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）抑制剂和化疗的影响。目前，PARP1抑制剂与DNA破坏剂的组合正在DNA修复缺陷（如BRCA1或BRCA2突变）的患者中进行测试。因此，确定额外的药物敏感改变，如METTL16上调，开辟了新的治疗可能性。

有两种已知的m6A mRNA甲基转移酶：METTL3和METTL16。METTL3作为METTL3-METTL14复合物的一部分，对转录组的很大一部分进行甲基化，并调节细胞生物学的多个方面，从mRNA剪接、稳定性和翻译到microRNA处理。METTL16对一组特定的底物进行甲基化，包括MAT2A mRNA和U6小核RNA，这导致了替代剪接的变化，并控制S-腺苷蛋氨酸（SAM）的水平，SAM是甲基转移酶使用的甲基的供体。METTL3以前被证明被招募到单链断裂（SSBs），在那里它使RNA甲基化并招募DNA聚合酶κ（Pol κ）进行SSB修复。此外，已知METTL3在诱导DSB后会被ATM磷酸化，ATM是一种参与DSB修复调节的激酶。磷酸化的METTL16在DSB位点聚集，在那里它使RNA甲基化并招募BRCA和RAD51进行同源重组（HR）修复。相比之下，METTL16在癌症的DNA修复中的作用还没有被探讨过。

考虑到这些已有的知识，Zeng等人决定研究m6A RNA甲基化在PDAC的DNA损伤中的作用。首先，他们将γ-H2AX（一种DSBs的标记）的水平与PDAC样本中已知的甲基转移酶的水平联系起来，发现METTL16的高水平与γ-H2AX的增加有关，而METTL3的水平则相反。与这些发现相一致，他们发现METTL16的耗竭增加了HR的效率，增强了电离辐射后的DNA损伤修复，而METTL3的耗竭则降低了它。这些结果表明，METTL16在DNA损伤修复中发挥着抑制作用，与METTL3的作用相反。作者进一步发现，代表HR功能和单链DNA存在的RPA32和RAD51病灶的数量在METTL16被耗尽后有所增加，表明METTL16在DNA末端切除中发挥作用，这是HR修复的一个早期步骤。这一功能已知是由MRE11、RAD50和NBS1组成的MRN复合物完成的，作者发现METTL16与这三种蛋白相互作用。他们重点研究了MRE11，发现其与METTL16的相互作用取决于后者结合RNA的能力，但不取决于其RNA甲基转移酶的活性。Zeng等人观察到METTL16和MRE11之间的相互作用抑制了MRE11的外切酶活性，从而阻止了HR和DNA损伤修复。他们还发现，在辐射诱导的DNA损伤后，ATM会使METTL16的Ser419磷酸化。作者推测，这种磷酸化引起METTL16的构象变化，导致其失去RNA结合能力，从而阻止与MRE11的相互作用，促进HR和DNA修复。

在对METTL16如何阻断HR的机制有所了解后，Zeng等人决定分析其对肿瘤生长的影响。他们重点研究了PARP抑制剂奥拉帕里，它能促进SSBs产生DSBs。与他们之前的观察一致，作者发现METTL16水平高的PDAC细胞系对奥拉帕里更敏感，而且HR效率比METTL16低表达的细胞低。他们用增益和功能缺失实验验证了这一观察结果，并表明在异种移植肿瘤模型中对奥拉帕利的敏感性取决于METTL16拮抗HR的能力。在病人来源的异种移植模型中也观察到了这种效果。此外，作者在METTL16高表达水平的细胞中观察到奥拉帕里和吉西他滨（一种用于化疗PDAC的试剂）之间的协同效应。过去曾在BRCA1或BRCA23突变的患者中发现过这种效果。

Zeng等人的工作有助于更好地理解DNA损伤修复及其对改进癌症治疗的潜在用途。PARP抑制剂与化疗相结合的合成致死性目前正在临床试验的初始阶段进行测试。正如这里所显示的，METTL16对MRE11进行排序，从而抑制了DNA末端的切除和修复。这一过程依赖于METTL16结合RNA的能力，而DNA损伤诱导的ATM对METTL16的磷酸化则使之逆转。有趣的是，DNA损伤后ATM的激活导致METTL3和METTL16的磷酸化。其他研究表明，ATM对METTL3的磷酸化会激活它，而这里的作者表明，METTL16的磷酸化是抑制性的。然而，由于METTL3促进HR修复，而METTL16拮抗HR修复，两种磷酸化事件都会导致DNA损伤修复的增强。因此，Zeng等人为DNA损伤修复途径增加了一个新的调节层，并揭示了METTL16的上调是一个潜在的生物标志物，也是以前没有认识到的针对PDAC的脆弱性，可以通过联合治疗来解决。

尽管Zeng等人在这项研究中揭示了METTL16在拮抗MRE11功能方面的机制细节，但仍有一些问题。作者提出，METTL16-RNA复合物作为一种海绵将MRE11封闭起来，然而METTL16的耗竭并不影响MRE11焦点的形成。有可能METTL16像METTL3一样，被招募到DSB位点，以防止原地的DNA末端切除。与这一想法一致，METTL16以前曾在DNA损伤位点发现过。如果是这样的话，确定导致METTL16迁移到这些特定损伤位点的信号将是很重要的。另一个有趣的观察是，METTL16-MRE11的相互作用不仅取决于METTL16结合RNA的能力，而且还取决于MRE11的能力。调查MRE11的RNA结合能力是否需要在没有METTL16的情况下发挥其在DNA修复中的正常功能是另一个开放的问题。最近的工作表明，除了U6和MAT2A转录本之外，METTL16可能还有其他目标。METTL16的上调会如何影响这些转录物并对DNA修复做出贡献？鉴于METTL16的甲基转移酶活性不是其在DNA修复中的功能所必需的，与METTL16结合的RNA很可能没有被甲基化，这进一步强调了确定同时被METTL16和MRE11识别的RNA的重要性。此外，了解METTL16在PDAC中上调的普遍程度将是至关重要的。在这项工作中使用的组织芯片中，68%的PDAC样本有METTL16水平的增加，类似的百分比有高水平的γ-H2AX。将需要一个更大的队列来验证这些数字，并应进行更多的实验来测试联合治疗在这个患者亚群中的效率。最后，这项工作强调需要确定正确的患者群体，他们可以从目前有限的治疗方案中受益。

尽管有这些问题，Zeng等人的工作发现了RNA生物学和DNA损伤修复之间的一个令人兴奋的联系，开启了基础性和转化性癌症研究的新思路，有可能改善PDAC等难以治疗的癌症患者的分层和治疗。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s43018-022-00429-3

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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