m6A RNA 甲基化在镍、镉诱导的细胞恶性转化中的作用及机制

N6-methyladenosine (m6A) is the most prevalent internal modification of RNA in higher eukaryotes, involving in mRNA splicing, mRNA nuclear export and mRNA stability and so on. It becomes new hotspot in life science. However, its biological function has remained obscure, especial its roles in chemical carcinogenesis. Recently, we found m6A RNA methylation and RNA methyltransferases METTL3 significantly changed during malignant transformation of epithelial cells induced by nickel and cadmium, suggesting RNA methylation might be involved in nickel and cadmium-induced cell transformation. In this project, we will further identify differential RNA methylation genes related to nickel and cadmium-induced cell malignant transformation by methylated RNA immunoprecipitation combined with sequencing (MeRIP-Seq), single-molecule real-time detection of reverse transcription. Moreover, we will investigate whether abnormal RNA methylation mediated by METTL3 contributes to nickel and cadmium-induced cell malignant transformation by gain-of-function and loss-of-function strategy. Furthermore, we will explore effects of differential RNA methylation on the regulation of various biological processes such as RNA stability and isoform switching, and carcinogenesis molecular mechanisms of abnormal RNA methylation. This project will not only reveal molecular mechanisms of nickel and cadmium carcinogenesis on the novel view of epitranscriptome, but provide important theoretical foundation for identifying specific biomarker in multiple stages of chemical carcinogenesis.

腺嘌呤甲基化(m6A)是高等生物中一种主要的RNA修饰，亦是生命科学新的研究热点；其可能参与mRNA剪接、运输等加工代谢过程，但确切生物学功能，特别在化学致癌中的作用尚未明确。申请者前期研究发现在镍、镉诱导的细胞恶性转化中m6A RNA甲基化水平和甲基转移酶METTL3表达显著改变，提示RNA甲基化可能涉及镍、镉诱导的细胞恶性转化。本课题拟通过RNA甲基化免疫沉淀、逆转录单分子实时检测等技术证实镍、镉诱导细胞恶变特异的差异RNA甲基化基因；利用基因功能获得和缺失策略研究METTL3和差异RNA甲基化基因在镍、镉诱导细胞恶变中的作用；应用RNA免疫沉淀、可变剪接分析等技术深入探讨差异RNA甲基化对其mRNA稳定性、异构体转换等下游生物学效应的影响及其致癌的分子机制。本研究将从表观转录组学这一崭新的视角探讨镍、镉致癌的作用机制，为多阶段致癌过程中筛选特异性的生物学标记提供重要的理论依据。

腺嘌呤甲基化(m6A)是高等生物中一种主要的RNA修饰，亦是生命科学新的研究热点；其可能参与mRNA剪接、运输等加工代谢过程，但其在化学致癌中的作用尚未明确。本研究通过RNA甲基化免疫沉淀（MeRIP）测序技术筛选镍、镉等化学致癌物诱导的四种恶性转化上皮细胞特异的差异RNA甲基化基因，结果显示在对照组和转化细胞中有7569-9039条基因中存在13623-16239个潜在的m6A修饰位点。差异比较分析揭示不仅存在致癌物和细胞特异性的m6A差异改变，而且存在致癌物诱导恶性共有的m6A差异基因；其中，共同上调的差异m6A基因17条，下调的5条。对其中共同上调的癌基因CDCP1深入研究发现，在恶性转化细胞中CDCP1的3′UTR的m6A水平显著增加。机制研究揭示m6A甲基转移酶METTL3和去甲基化酶ALKBH5介导了CDCP1 mRNA 3′UTR的m6A修饰。METTL3和m6A读码器YTHDF1识别CPCP1 3′UTR上的m6A基序并促进CDCP1翻译。体内体外功能研究揭示抑制METTL3-m6A-CDCP1信号轴降低转化细胞和膀胱癌细胞的生长和进展。重要的是，METTL3-m6A-CDCP1轴与化学致癌物协同促进了尿路上皮细胞的恶性转化和膀胱癌细胞的生长。综上所述，本研究不仅揭示了镍、镉等化学致癌物诱导的恶性转化中m6A动态修饰RNA甲基化谱，并证实了METTL3-m6A-CDCP1信号轴在化学致癌中的关键作用。本研究首次从表观转录组学这一崭新的视角探讨镍、镉致癌的作用机制，并为多阶段致癌过程中筛选特异性的生物学标记提供重要的理论依据。