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凝雨|circRNA微信公众号
肝癌（HCC）因其高复发率和异质性而成为世界上最难治的肿瘤之一。肿瘤起始细胞也称为肿瘤干细胞（CSCs），在抵抗经典肿瘤疗法，发挥高致瘤潜能方面发挥重要作用。然而，新的环状RNA（circRNA）circIPO11在维持肝癌起始细胞中的作用仍不清楚。
中国科学院生物物理研究所范祖森团队于Mol Cancer（IF:27.401)发表题为Circular RNA circIPO11 drives self-renewal of liver cancer initiating cells via Hedgehog signaling的文章，该文章得出结论circIPO11通过激活Hedgehog信号通路，驱动肝脏CSCs的自我更新，促进HCC的增殖。
世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）发布了2020年全球最新癌症负担数据。数据显示，2020年全球发病人数最多的10种癌症中肝癌占第6位。而死亡人数最多的10种癌症中肝癌占第3位。仅去年一年时间，全世界被新确诊为肝癌的人超过90万，因肝癌死亡的人超过83万，死亡人数逼近新确诊人数。癌症干细胞（Cancer Stem Cell，CSC），又称癌干细胞、肿瘤干细胞，是指具有干细胞(Stem Cell)性质的癌细胞，也就是具有“自我复制”(Self-Renewal)以及“具有多细胞分化”(Differentiation)等能力。越来越多的证据表明，包括Hedgehog（Hh）、Wnt和Notch信号在内的干细胞信号通路的改变可以促进肿瘤的发生和发展。作者之前已经证实了几种长链非编码RNA（lncRNAs）可以通过Wnt和BMP信号通路调节肝脏CSCs的自我更新[1.2]。接下来让我们一起看看环状RNA在肝癌中的作用。首先是CircRNA的发现。为了鉴定与肝癌相关的CircRNA，作者创新性地从差异CircRNA中进行了同源性筛选，并与肿瘤和癌旁组织进行了比较。他们发现CircIPO11在肝癌和肝CSCs中高表达，主要定位于细胞核，并且参与维持肝CSC的自我更新。
接下来验证CircRNA的功能。为了探讨CircIPO11在体内的功能，作者通过ShRNA靶向环状RNA junction位点，获得了CircIPO11缺失的肝癌细胞（不影响其亲本基因IPO11的细胞内水平），并通过一系列实验观察到CircIPO11基因敲除显著降低了肝脏CSCs的自我更新能力并抑制了肿瘤增殖能力，而过表达CircIPO11能够促进了肝CSCs的自我更新和致瘤能力。另鉴于CircIPO11在人和小鼠中高度同源，作者通过CRISPR/Cas9技术删除上游反向互补序列，获得了CircIpo11基因敲除(KO)小鼠，与对照组相比，敲除小鼠肝肿瘤灶的大小显着减小，组织切片中显示出更小且更少的结节增生区域并且肝脏重量与体重的比率远低于对照组，这些数据表明，CircIPO11促进了肝脏CSCs的自我更新维持。最后对其机制进行深入研究。为了研究CircIPO11调控肝脏CSCs的分子机制，作者通过RNA-pull down（图1）、RIP等实验确定CircIPO11(31-94nt)通过拓扑异构酶1(TOP1 它在基因复制和转录过程中松弛超螺旋DNA)的NTD结构域直接相互作用。接下来，作者在肝癌细胞中过表达了缺失TOP1结合区的CircIPO11(ΔCircIPO11)。成瘤能力和细胞增殖能力几乎被取消，提示CircIPO11与TOP1的相互作用是肝干细胞自我更新所必需的 。
图 1 CircIPO11与肝CSCs中的TOP1相关。
为了进一步鉴定CircIPO11的靶基因，作者进行转录组微阵列分析找到了在CircIPO11敲除组中明显下调的GLI1（仅作为HH信号的激活剂。HH/GLI1信号通过激活不同的靶基因集介导各种细胞活动，特别是在干细胞领域）。作者发现GLI1启动子-2kb区域有一个负的超螺旋结构。当CircIPO11和TOP1结合到该区域时，负超螺旋结构将被释放，从而启动GLI1的转录。随后作者对转录组芯片数据进行了整合基因集富集分析(GSEA)，发现HH信号的靶基因在CircIPO11缺失时明显受到抑制，这表明HH信号参与了肝脏CSCs的调节，并通过实验验证得出结论CircIPO11介导的GLI1上调增强了HH信号的激活，从而启动了自我更新。综上所述，CircIPO11将TOP1招募到GLI1启动子上触发其表达，导致HH信号的激活。抗circIPO11的反义寡核苷酸（ASOs）与TOP1抑制剂喜树碱（CPT）联合发挥协同抗肿瘤作用。此外，Gli1和TOP1的表达与肝细胞癌的严重程度呈正相关。在本研究中，作者发现针对CircIPO11的反义寡核苷酸可以显著减小肿瘤大小，这表明反义寡核苷酸靶向CircIPO11可能成为肝癌患者潜在的治疗策略。然而，如何有效地将这些寡核苷酸输送到肿瘤并引发免疫反应还需要进一步的研究。
https://molecular-cancer.biomedcentral.com/track/pdf/10.1186/s12943-021-01435-2.pdf点击左下角阅读原文亦可跳转查看原文
1.Zhu P, et al. Lnc-beta-Catm elicits EZH2-dependent beta-catenin stabilization and sustains liver CSC self-renewal. Nat Struct Mol Biol. 2016;23:631–9. https://doi.org/10.1038/nsmb.3235.2. Wang Y, et al. LncRNA HAND2-AS1 promotes liver cancer stem cell selfrenewal via BMP signaling. The EMBO journal. 2019;38:e101110. https:// doi.org/10.15252/embj.2018101110.
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