Cell：西湖大学谢琦/窦岩梅团队联合浙江大学陈迪团队发现新型同义突变
Cell：西湖大学谢琦/窦岩梅团队联合浙江大学陈迪团队发现新型同义突变
癌细胞在肿瘤发生过程中会积累大量突变，这些突变在癌症的发生和发展中扮演着至关重要的角色。它们不仅可以推动癌症的启动、进展和维持，还能促进癌细胞的扩散与转移。研究基因组突变不仅帮助我们更好地理解癌症的生物学机制，还为开发新的治疗方法提供重要线索。
癌症驱动突变的类型多种多样，从点突变到大规模的染色体重排，涵盖了基因组的编码区和非编码区。点突变在各种癌症中是非常重要的驱动突变类型。大规模的基因组研究显示，单个肿瘤通常会获得 2-8 个驱动突变，其中大多数是点突变。这些点突变在癌症的发生和发展中发挥着关键作用。有趣的是，在编码区的点突变中，大约 25-30% 是同义突变，这些突变虽然不会改变蛋白质的氨基酸序列，但它们在致癌过程中的潜在作用仍有许多未知之处。癌症细胞在肿瘤形成过程中会积累大量突变，包括这些看似“无害”的同义突变。
近年来的大量研究表明，表观转录组修饰，尤其是 RNA 的 N6-甲基腺苷（m6A）修饰，在癌症的发生和发展中发挥关键作用。m6A 修饰的动态变化影响 RNA 的稳定性、剪接、翻译和转运等过程，且受到蛋白“writers”、“erasers”和“readers”（WER）共同调控。m6A WER 的失调在多种癌症类型中广泛存在。举例而言，m6A 的“writer” METTL3 在急性髓系白血病（AML）中异常高表达，通过增强 MYC、BCL2、PTEN、SP1 和 SP2 等 mRNA 的翻译，促进白血病的发展。m6A 的“reader” YTHDF2 在胶质母细胞瘤中高表达，促进细胞增殖、侵袭和肿瘤发生，与胶质瘤患者的不良预后相关。这些研究表明，m6A 修饰机制的失调对肿瘤的发生有显著影响。然而，基因组突变是否直接调控 mRNA m6A 修饰，仍需进一步研究。
2025 年 2 月 13 日，西湖大学生命科学学院、西湖实验室谢琦团队、窦岩梅团队及浙江大学爱丁堡大学联合学院陈迪团队合作，在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为《Synonymous mutations promote tumorigenesis by disrupting m6A-dependent mRNA metabolism》的研究论文。
该研究通过对于人类泛癌基因组突变进行了系统的质控与梳理，发现并验证了一类可以通过直接破坏 mRNA m6A 修饰位点从而促进肿瘤发生发展的新型同义突变——同义m6A破坏突变（synonymous m6A Disruption Mutations，sm6A-DM）。
该研究发现了同义突变与表观转录组的直接联系，揭示了一种全新的肿瘤发生发展的调控机制，为肿瘤的精准医疗和靶向用药提供了新思路。此外，该研究还拓展了我们对于生命科学“中心法则”的理解——基因组 DNA 序列还可以通过直接影响 mRNA 的修饰对其进行精细调控。
整合癌症基因组数据库与 m6A 修饰数据库，发现人类癌症中的潜在 m6A-DM
研究团队首先整合了最新的 COSMIC 数据库与 TCGA 数据，对人类泛癌基因组突变进行了系统的质控与梳理，并收集整理了最新的人类 m6A 数据（m6A-Atlas v2.0和 REPIC数据库等）。然后通过三种严格的筛选过滤标准（图1，包括突变可重复性筛选，满足m6A数据覆盖，以及更进一步的可靠性筛选）得到了人类基因组中的 12849 个潜在的 m6A Disruption Mutations（m6A-DM）。这些 m6A-DM 可以进一步分为同义突变（sm6A-DM）和错义突变（mm6A-DM）。研究团队发现，sm6A-DM 更容易发生在抑癌基因（tumor suppressor gene）中。
图1. m6A-DM的鉴定流程与基因分布特征
发现并验证关键抑癌基因的 sm6A-DM 的突变位点及功能
根据分析癌症基因组突变的发生频率，研究团队确定了两个排名最靠前的 sm6A-DM 位点：CDKN2A-c.A294B 和 BRCA2-c.A1365G，并对其展开了功能验证与机理探究。
为了验证这两个位点的功能，研究团队同时采用了实验室前期开发的 dCasRx 定点甲基化编辑系统和碱基定点敲入系统两种调控手段，分别在表观转录组修饰水平和基因组原位水平对高度关联的肿瘤类型细胞进行调控。实验结果表明，这两个位点的 m6A 修饰水平与对应基因转录本的丰度呈现正相关，当该位点的发生突变后，会破坏该位点的 m6A 修饰并影响mRNA稳定性，进而导致其相应基因的 mRNA 下调（图2）。
图2. sm6A-DM对mRNA稳定性的显著影响
此外，研究团队还发现，CDKN2A-c.A294B 突变在导致 CDKN2A 转录本以及蛋白水平丰度的显著下调后，加速了肿瘤细胞的分裂周期，从而增强了肿瘤细胞增殖以及在小鼠体内的成瘤速度，大大增加了该肿瘤的恶性程度。针对 BRCA2 的 sm6A-DM，考虑到 BRCA1 和 BRCA2 的缺陷使会使得癌细胞对聚腺苷二磷酸核糖聚合酶抑制剂（PARPi）更为敏感，而且临床上已经批准了 PARPi 用于 BRCA1 和 BRCA2 的缺陷的肿瘤治疗，该研究团队进一步检测了 FDA 批准的 PARPi 药物奥拉帕尼（Olaparib）对于具备 BRCA2-c.A1365G 突变的肿瘤细胞的治疗效果。
实验结果显示，具有 BRCA2-c.A1365G 突变的肿瘤细胞对 PARPi 药物 Olaparib 治疗更为敏感，并且对于具有该 sm6A-DM 突变的荷瘤小鼠采用 Olaparib 治疗，也得到了更好抑制肿瘤生长的效果。提示了BRCA2-c.A1365G 突变可能可以作为 PARPi 用药的新型标志物。
sm6A-DM调控肿瘤发生发展的假说
通过联系癌症基因组数据与表观转录组数据，研究团队揭示并定义了一类高发于抑癌基因（tumor suppressor gene）的同义突变（sm6A-DM），它们可以扰乱 mRNA 的正常 m6A 修饰，使得 mRNA 稳定性减弱，引起 mRNA 和蛋白丰度水平的改变，并改变肿瘤发生发展进程。图3 介绍了同义突变 sm6A-DM 调控肿瘤发生发展的假说。
图3. sm6A-DM在肿瘤发生发展过程中所扮演的角色
综上所述，该研究鉴定并表征了一类基因组同义突变——sm6A-DM。这些突变能破坏相应 mRNA 上的 m6A 修饰，导致基因表达的潜在失调，为肿瘤发生和发展的机制提供了新的见解。sm6A-DM 的发现揭示了分子生物学中心法则的一个先前未被重视的维度：DNA 突变可以直接决定 mRNA 的修饰模式。研究结果表明，基因突变与表观转录组变化之间存在着深刻的联系，这可能对各种疾病的诊断和治疗策略产生重要影响。
西湖实验室研究员谢琦博士、窦岩梅博士以及浙江大学爱丁堡大学联合学院陈迪博士为该论文的共同通讯作者。西湖实验室助理研究员蓝一恒、西湖大学生命科学学院博士生夏真和浙江大学爱丁堡大学联合学院博士生邵奇哲为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、科技创新2030重大项目、浙江省“尖兵”和“领雁”研发计划和西湖教育基金会的资金支持。感谢西湖大学生命科学学院杨剑教授的讨论和建议。
本文原文来自澎湃新闻