細胞周期和增殖的異常激活對于腫瘤發生是必不可少的。在正常組織中，細胞周期是由包含細胞周期蛋白、細胞周期蛋白依賴性激酶（CDKs）和檢查點蛋白的復合物精心組織并精確調控的。有絲分裂上游信號通路的失調和細胞周期基因的直接突變導致細胞周期不按計劃的過度激活，最終導致腫瘤的發生。盡管已經開發出細胞周期抑制劑，但相關的毒理作用和耐藥性仍然是臨床應用的巨大挑戰。
RNA干擾（RNAi）是指一種小RNA介導的轉錄后調控。小RNAs主要包括microRNAs（miRNAs）和小干擾RNAs（siRNAs）。在哺乳動物中，具有莖環結構的初級miRNAs（pri-miRNAs）被DROSHA/DGCR8復合物，隨后被 DICER（核糖核酸酶 III）蛋白切割兩次，并產生具有2nt 3’末端懸垂的成熟miRNA雙鏈體，然后被Argonaute（AGO）識別并加載到AGO蛋白中，以形成功能性RNA誘導的沉默復合物（RISC）。 由末端核苷酸轉移酶（如TUTases）介導的miRNA末端修飾已被廣泛鑒定，并在RISC識別、miRNA穩定、降解和靶標抑制中發揮重要作用。
miRNAs對于各種生理活動是必不可少的，并且已知許多miRNAs可靶向和抑制細胞周期基因，以直接控制細胞增殖。miRNA失調或缺失，例如整體miRNA劑量降低，已被廣泛報道可導致人類癌癥。然而，原發性腫瘤和癌細胞中miRNA亞型的普遍特征尚未得到系統地表征，這對于在機制上理解不同癌癥中的miRNA缺失至關重要。
與miRNAs不同的是，siRNAs來源于由不同的RNA依賴性RNA聚合酶（RDRs）合成的雙鏈RNA（dsRNA）底物。RDRs在幾乎所有真核生物中都已被發現，但在進化過程中，在具有基于細胞的二次免疫系統的脊椎動物中卻消失了。在植物中，依賴于RDR1的siRNAs尤其參與抗病毒免疫反應。近年來，跨物種生物工程已成功應用于基礎研究和轉化醫學，例如來自細菌的CRISPR-Cas。因此，研究人員建議在哺乳動物中開展基于植物RDR1的生物工程，并進一步研究其潛在的轉化醫學應用。
近日，Cell（IF41.582）期刊發表了一篇題為A plant immune protein enables broad antitumor response by rescuing microRNA deficiency的研究論文。報道了一種植物免疫蛋白RDR1可廣泛抑制癌細胞增殖，并揭示了其通過添加單核苷酸修復癌癥中有缺陷的miRNA亞型，從而實現廣譜抗腫瘤反應的作用機制。暗示可利用植物RDR1開發一種策略來編輯和操縱miRNAs，將其作為對抗癌癥等人類疾病的有力武器。
本研究中，研究人員成功地在哺乳動物細胞中表達了來自擬南芥（At）和水稻（Os）的RDR1蛋白，該蛋白顯著抑制了所有測試的10種不同癌細胞系的細胞增殖，但未影響5種非癌細胞系。有趣的是，研究人員發現植物RDR1可以全面增加不同癌細胞中miRNA的表達，并且miRNA途徑是RDR1靶向細胞周期基因和抑制癌細胞增殖所必需的。
Fig1. 植物RDR1可以提高miRNA的表達，并且miRNA途徑是RDR1發揮抗腫瘤作用所必需的
出乎意料的是，研究人員發現具有1-nt-shorter 3’末端的異常miRNA亞型與AGO2關聯性較差，廣泛積累在許多不同的原發性腫瘤和癌細胞系中，但在健康組織中沒有。具有核苷酸轉移酶活性的植物RDR1能夠識別并用單核苷酸修飾這種不含AGO2的miRNA雙工異構體，以恢復miRNA雙鏈的常規2nt懸垂結構，提高其加載到AGO2中的效率，最終增加癌細胞中的整體miRNA表達，并重新激活缺陷的miRNA途徑。相比之下，失去核苷酸轉移酶活性消除了RDR1對miRNA表達、細胞周期抑制和腫瘤生長抑制的影響。
Fig2. RDR1可以識別并給AGO2解離的具有1nt懸垂的miRNA雙鏈體加尾，以恢復其加載到AGO2中的效率，從而挽救miRNA缺陷
在不同的異種移植腫瘤模型中，研究人員證明了RDR1在體內顯著抑制實體瘤和血癌的生長。最后，通過納米顆粒和腺相關病毒（AAV），研究人員分別在癌細胞系和異種移植模型中實現了RDR1的遞送，證實了RDR1可抑制體外癌細胞增殖和體內小鼠實體瘤生長。
Fig3. 納米顆粒和AAV遞送的RDR1可分別抑制體外癌細胞增殖和體內小鼠實體瘤生長
總之，本研究揭示了1-nt-shorter miRNA亞型在各種人類原發性腫瘤中廣泛的異常積累，這為理解腫瘤發生過程中全局miRNA劑量減少提供了深入的見解。利用植物免疫蛋白RDR1，本研究通過挽救癌細胞中miRNA的缺乏建立了廣譜抗腫瘤反應，并開發了一種策略來編輯和操縱miRNAs，將其作為對抗癌癥等人類疾病的有力武器。
Fig4. 植物免疫蛋白RDR1通過挽救microRNA缺陷實現廣泛抗腫瘤反應的模型示意圖
原文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00528-1?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867422005281%3Fshowall%3Dtrue
本研究中使用到的siRNA及其NC產品由銳博生物提供！更多miRNA研究產品與服務信息，歡迎登陸銳博生物官網（www.jyzfjx.com）進行查詢或來電咨詢！
