11月2日，國(guó)際期刊Cell Reports在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所錢友存研究組題為“Triggering endogenous Z-RNA sensing for anti-tumor therapy through ZBP1-dependent necroptosis” 的最新研究成果。研究發(fā)現(xiàn)在氧化應(yīng)激的條件下內(nèi)源Z-RNA可以被誘導(dǎo)產(chǎn)生，并聚集于應(yīng)激顆粒（stress granule）中，進(jìn)而被Z型核酸結(jié)合蛋白ZBP1（Z-DNA binding protein 1）所識(shí)別，從而激活程序性細(xì)胞壞死（necroptosis）。此外，在腫瘤化療治療中，氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的Z-RNA激活ZBP1依賴的necroptosis也能明顯促進(jìn)腫瘤化療的療效。
具有左手雙螺旋結(jié)構(gòu)的核酸也被稱為Z-型核酸，包括Z-DNA和Z-RNA，分別于1970和1984年被發(fā)現(xiàn)，然而關(guān)于Z-型核酸，尤其是Z-RNA在生理或病理中的功能和作用并不清楚。直到近幾年，才有報(bào)道發(fā)現(xiàn)宿主細(xì)胞的ZBP1受體蛋白可以識(shí)別病毒來(lái)源的Z-RNA并誘導(dǎo)細(xì)胞程序性壞死來(lái)抑制病毒感染。此外，也有報(bào)道指出ZBP1可以識(shí)別宿主細(xì)胞潛在的Z-RNA來(lái)調(diào)節(jié)小鼠的器官發(fā)育和組織炎癥。然而，宿主來(lái)源的Z-RNA是如何形成的，以及這些內(nèi)源性Z-RNA是如何被ZBP1感知的，目前尚不清楚。由于Z-RNA是一種不穩(wěn)定的RNA結(jié)構(gòu)，細(xì)胞在一般的生理情況下不易產(chǎn)生，因此研究人員假設(shè)在特定的應(yīng)激條件下，細(xì)胞中可能會(huì)產(chǎn)生并積累一定的Z-RNA。為了驗(yàn)證這個(gè)推測(cè)，研究人員通過(guò)利用識(shí)別Z-RNA的抗體進(jìn)行斑點(diǎn)雜交實(shí)驗(yàn)來(lái)觀察Z-RNA在不同應(yīng)激條件下形成的情況，最后發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激如雙氧水（H2O2）、亞砷酸鹽（Arsenite）和順鉑（Cisplatin）能相對(duì)顯著增加胞內(nèi)的Z-RNA水平。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)Z-RNA的形成需要依賴氧化應(yīng)激所產(chǎn)生的活性氧ROS。隨后，借助Z-RNA抗體和重組的ZBP1 Z 富集氧化應(yīng)激之后生成的Z-RNA，通過(guò)轉(zhuǎn)染方式發(fā)現(xiàn)這些Z-RNA能激活ZBP1-RIPK3-MLKL信號(hào)通路來(lái)激活程序性細(xì)胞壞死。
深入研究發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的Z-RNA主要分布在胞質(zhì)中的應(yīng)激顆粒中。同時(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)激顆粒作為氧化應(yīng)激壓力時(shí)形成的分子凝聚物, 在控制Z-RNA激活ZBP1信號(hào)方面也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。那這些內(nèi)源的Z-RNA又是來(lái)自哪些RNA元件呢？為了回答這個(gè)問題，研究人員通過(guò)Z-RNA抗體和重組的ZBP1 Z 進(jìn)行了RIP-seq分析，發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的Z-RNA主要是來(lái)自內(nèi)源逆轉(zhuǎn)錄原件。隨后，研究人員通過(guò)皮下荷瘤模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的Z-RNA通過(guò)激活ZBP1依賴的程序性壞死增強(qiáng)了化療藥物對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的抑制效果。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在人的多種腫瘤細(xì)胞中ZBP1的表達(dá)受到嚴(yán)重的抑制，在人類結(jié)腸癌細(xì)胞系HT-29中恢復(fù)ZBP1的表達(dá)能促進(jìn)化療對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的抑制作用。因而，研究人員推測(cè)在腫瘤細(xì)胞中誘導(dǎo)提高內(nèi)源的ZBP1或外源性表達(dá)ZBP1可能會(huì)促進(jìn)氧化應(yīng)激類藥物的臨床治療效果。
中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所博士后楊濤和博士生王國(guó)東為該論文的共同第一作者，錢友存研究員為該論文的通訊作者。該工作得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助，以及中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所所級(jí)公共技術(shù)中心分析測(cè)試技術(shù)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)平臺(tái)的支持。
文章鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)01389-X
圖注：氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的Z-RNA通過(guò)激活ZBP1依賴的程序性壞死增強(qiáng)腫瘤對(duì)化療藥物的敏感性
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