PNAS: 长非编码RNA MALAT1在肿瘤集体侵袭过程中的动态调节

导读

癌细胞通过领导-追随者组织共同侵袭，但对领导细胞在这一动态过程中的调控知之甚少。使用双双链锁定核酸(LNA)纳米生物传感器跟踪活体单细胞中长非编码RNA(LncRNA)的动态，我们监测了集体癌症侵袭过程中LncRNA的时空分布。我们发现，LncRNA MALAT1(转移相关肺腺癌转录本1)在癌细胞和患者来源的球体的侵袭前沿受到动态调节。MALAT1转录本表现出明显的丰度、扩散性和在领导细胞和跟随细胞之间的分布。当癌细胞成为主导者时，MALAT1的表达增加，当集体迁移过程停止时，MALAT1的表达减少。MALAT1基因的瞬时敲除可阻止先导细胞的形成，消除癌细胞的侵袭。总之，我们的单细胞分析表明，在集体癌症侵袭过程中，MALAT1在领头细胞中受到动态调节。

论文ID

题目：Long noncoding RNA MALAT1 is dynamically regulated in leader cells during collective cancer invasion

译名：长非编码RNA MALAT1在肿瘤集体侵袭过程中在领导细胞中的动态调节

期刊：Proc Natl Acad Sci U S A                                  

IF：12.779

发表时间：2023.6.4

通讯作者单位:哈佛大学

DOI号：https://doi.org/10.1073/pnas.2305410120

主要内容

集体侵袭越来越被认为是癌症转移的主要机制。特别是，位于肿瘤侵袭前沿的专门化癌细胞，被称为 “领头细胞”，通过参与各种机械、遗传和代谢程序，产生侵袭途径，协调跟随细胞，并在转移级联中提高存活率。遗传和表观遗传因素、基质细胞和基质特性都被证明可以促进领导细胞的形成并调节它们的功能。在侵袭过程中，前导细胞可以与跟随细胞交换位置，而前导细胞的消融启动了新的前导细胞，突显了前导细胞调控的时间依赖性和竞争性。然而，在集体癌症侵袭过程中，领导细胞是如何被动态调节的，目前还很大程度上尚不清楚。

长非编码RNA(Long Non Coding RNAs，LncRNAs)是超过200个核苷酸的非蛋白质编码RNA转录产物，与癌症的进展和转移有关。尽管缺乏蛋白质编码能力，但lncRNAs可以通过多种机制控制基因的表达，如在表观遗传调节中调节染色质修饰酶，在转录后调节中干扰选择性剪接，在翻译后调节中调节细胞质RNA或蛋白质。据报道，一些lncRNAs，如转移相关的肺腺癌转录本1(MALAT1)和尿路上皮癌相关的1(UCA1)，可以调节肿瘤的进展和转移。例如，MALAT1通过调节转移相关基因和改变剪接模式促进肺癌、膀胱癌和其他癌症的转移。矛盾的是，MALAT1还被报道通过灭活前转移转录因子和调节上皮-间充质转化(EMT)来抑制结肠癌和乳腺癌的转移。这些相互矛盾的报告突出了lncRNA在癌症中的多功能，以及研究lncRNA功能的挑战，呼吁采用技术来更好地解决lncRNA的作用。

双链LNA纳米生物传感器探测集体肿瘤侵袭过程中lncRNA的动态变化

在这项研究中，我们展示了一种双dsLNA纳米生物传感器，用于探测活的单细胞中的lncRNA动力学。通过结合单细胞和单分子跟踪技术，我们展示了对集体癌症侵袭过程中lncRNA的时空分析，这对传统的RNA检测技术具有挑战性。与其他活细胞RNA传感技术相比，双dsLNA纳米生物传感器有几个优点和缺点。首先，纳米生物传感器检测内源性RNA转录本，并与2D集体细胞迁移和3D癌症侵袭模型兼容。这使得能够在患者来源的癌细胞和肿瘤球体中检测到lncRNA。其次，LNA修饰、双链探针和FRET双探针设计的结合为跟踪活细胞中的lncRNA提供了出色的稳定性、灵敏度和信噪比。追踪内源RNA转录本的能力使人们能够监测其丰度、扩散率和分布，从而有助于研究lncRNA的不同作用模式。然而，FRET供体和受体探针的光谱重叠限制了检测多个LncRNA靶点的能力。未来的研究可能会结合纳米生物传感器和单细胞测序技术来检测更多的RNA。

本研究的结果显示，MALAT1与肌肉浸润性膀胱癌的集体侵袭有关。MALAT1在先导细胞中表达上调，并与癌细胞的侵袭性相关。在3D侵袭试验中，弱化MALAT1破坏了癌症的集体迁移，并减少了侵袭性萌芽的形成。正如来自肌肉浸润性膀胱癌患者的肿瘤球体所显示的那样，样本的侵袭性(由3D侵袭基质中的萌芽数量或分离的细胞数量指示)随着肿瘤分期的增加而增加。有趣的是，MALAT1与前导细胞的形成和侵袭性突起呈正相关(ANOVA，P=4.094×10−4)，而与分离的单个细胞呈负相关(ANOVA，P=0.0171)，支持其与肿瘤的集体侵袭有关。因此，球体侵袭试验和针对MALAT1的纳米生物传感器的结合可能为确定肌肉浸润性膀胱癌的侵袭模式提供一种诊断方法。未来需要对更多来自患者的肿瘤样本(例如，来自经尿道膀胱肿瘤电切术)和检测技术进行临床研究，以验证MALAT1在膀胱癌预后中的翻译潜力。

LNA纳米生物传感器检测转化生长因子-β诱导的MALAT1在细胞核和细胞质中的上调

我们的研究表明，MALAT1在领导细胞中是动态调节的。MALAT1和前导细胞之间的机械性相互作用尚未建立。以前的研究表明，MALAT1调节基因表达，并与各种转录因子(如TEAD)、microRNAs(如miR200和miR-125b)、剪接因子(如SR蛋白)和表观遗传调节因子(如EZH2)相互作用。特别是，MALAT1被报道通过海绵miRNA(miR200和miR125b)和抑制Ezh2-Notch1信号来调节EMT。在5,637细胞中，我们观察到转化生长因子-β上调了MALAT1的表达。细胞呈侵袭性间充质样形态，经转化生长因子-β处理后，细胞核内MALAT1转录增强。在Scratch细胞迁移实验和转化生长因子-β诱导的3D侵袭实验中，MALAT1在迁移前沿附近的表达也增加。纳米生物传感器的单分子跟踪特征也显示MALAT1在领导细胞核中的扩散率降低。此外，我们最近的研究表明，集体入侵和领导细胞的形成可以通过Nrf2-EMT-Notch1电路在空间上协调。

MALAT1在调节EMT中的作用可能为调节领导细胞的形成提供了一种机制。此外，已知MALAT1通过Hippo-YAP/TEAD信号调节细胞-细胞和细胞-基质的相互作用。在单细胞跟踪实验中观察到，当一个细胞占据领先位置和当一个入侵芽穿透3D入侵基质时，MALAT1增加。相反，当领导细胞在单层关闭期间与其他细胞接触时，MALAT1被下调，MALAT1的破坏取消了癌症的集体侵袭。这些观察结果支持MALAT1可能与细胞与环境和邻近细胞的相互作用有关，这是领导细胞的主要功能。未来将需要其他分子表征技术、特定的基因编辑方法、系统生物学计算分析和生理相关模型来阐明MALAT1在领导细胞形成和癌症侵袭中的分子机制和功能。

在先导细胞的形成和终止过程中，MALAT1受到动态调节

总结

总之，本研究展示了一种具有高时空分辨率的双dsLNA纳米生物传感器，用于研究活体单细胞中的lncRNA动力学。利用纳米生物传感器，本研究结果表明，MALAT1在集体癌症侵袭过程中领导细胞的动态调节中发挥了作用。这一发现可能会为未来开发癌症的预后和治疗方法创造机会。

原文链接

https://doi.org/10.1073/pnas.2305410120

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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