自從上個世紀 Francis Crick 提出分子生物學的中心法則（Central Dogma）以後，越來越多的證據指出這個模型並不完備。隨著人們對 RNA 的了解越來越多，各式各樣不同形狀、大小的調控性 RNA（regulatory RNA）也陸續被發現，其中有一類約由 200 個以上的鹼基組成且不具轉譯活性的 RNA，科學家稱之為長鏈非編碼 RNA（long noncoding RNA，lncRNA）。近年來，有越來越多的研究證據顯示 lncRNA 參與了生物個體的發育以及癌症的惡化，然而相較於 miRNA 在許多癌症中已經被研究得相當透徹（甚至已經有相關標把藥物進入第一期臨床試驗）， lncRNA 在癌細胞生長中所扮演的角色則尚有許多不清楚之處，目前相關的（前）臨床試驗的證據亦少之又少。
來自 MD Anderson Cancer Center 的研究團隊為了辨識出與乳癌有關聯的 lncRNA，利用了 LncRNA Array (Arraystar)分析兩塊第三期乳癌組織與其相對應的正常組織觀察 lncRNA 的表現情形，接著再比對 NCBI Refseq database，其中在兩個病人檢體中共同有 21 條 lncRNA 都是上升的情形，而最高的是 BCAR4 ，這個基因最早的發現是參與在乳癌對 Tamoxifen [註一] 的抗藥性中。進一步的 RNA 原位雜交（RNA in situ hybridization）實驗發現超過 50% 樣本數的乳癌組織都呈現 BCAR4 陽性，除此之外 BCAR4 表現量與淋巴轉移呈現正相關，存活率也較低，從另一個資料庫 Oncomine [註二] 發現 BCAR4 的表現還與三陰性乳癌（Triple negative breast cancer/TNBC）的轉移和五年復發率（5-year recurrence）呈正相關，這些數據都顯示 BCAR4 非常有潛力成為標靶藥物的標的，特別是難以治療的 TNBC。
然而 lncRNA BCAR4 到底是如何調控乳癌進展的呢？ 有鑑於 lncRNA 要執行其調控轉錄的功能，多半會藉由與特定蛋白質進行交互作用，其中包括表觀遺傳修飾蛋白（epigenetic modifiers），轉錄因子/ 輔助活化子（Transcription factors/coactivators）或 RNP 複合體等。因此以質譜儀（Mass spectrometry/MS）分析 pull-down MDA-MB-231 細胞（一種乳癌細胞株）中 BCAR4 上的蛋白是個非常好的選擇，研究結果發現 4 個蛋白與 BCAR4 高度相關，分別是 CIT kinase、GLI2、SNIP1 和 PNUTS。其中只有 SNIP1 和 PNUTS 與 BCAR4 有最直接的結合。
在一些癌症中（如 medulloblastoma）中，轉錄因子 GLI1/2 表現量上升和磷酸化與典型 Sonic Hedgehog（SHH） pathway 的不正常活化相關，而 GLI1/2 的目標基因活化能促進腫瘤的轉移和生長。然而，在 TNBC 中，科學家卻發現即便缺乏 SHH，GLI1/2 的目標基因依然能被旺盛地表達，暗示了有其他活化該路徑的機制存在。研究團隊分析了用以研究的 MDA-MB-231 細胞，發現並無 SHH 的過量表達，且當外源地加入了 SHH 時，GLI2 的磷酸化情形並無增加。然而，在上述質譜儀分析中，研究團隊卻可觀察到由 CIT kinase 所直接引起的 GLI2 於 Ser149 位點的磷酸化，更說明了應該存在其他非典型的 SHH pathway 參與其中。由於 CIT kinase 係受 Rho GTPase 所調控，研究團隊便將矛頭指向已知的 13 種生長因子/細胞激素（growth factor/cytokine），發現其中 CCL21 對 GLI2 的磷酸化提升的現象最明顯。進一步研究指出： GLI2 的磷酸化直接影響了這個轉錄因子是否能進到核內，進而與 SNIP1 結合並激發目標基因的表達。這結果為非典型 SHH pathway 的存在的假說提供了有力的證據。
如先前提到的，與 GLI2 結合的 SNIP1 會與 BCAR4 結合，那麼 BCAR4 的功能究竟是什麼呢？研究指出：當利用 siRNA 降低 BCAR4 的表達時，GLI2 的目標基因的表達便會大大降低，同時癌細胞的侵犯和遷徙能力也會大幅下降。研究團隊根據過去報導 SNIP1 會抑制 p300 這個組蛋白乙醯基轉移酶（Histone acetyltransferase/HAT），發現當 BCAR4 結合到 SNIP1 上的 DUF domain，便能「劫持」 SNIP1 的抑制功能，使 p300 得以對組蛋白進行乙醯化而打開緊密的染色體結構讓基因活化。
p300 所帶來的組蛋白乙醯化的意義不僅如此。研究團隊發現：結合到 BCAR4 上的另一個蛋白 PNUTS 必須藉由辨認乙醯化的組蛋白以削弱 PNUTS 抑制 PP1 的能力。PP1 是一種 phosphatase，會水解 RNA Pol II Ser 5 上的磷酸根而促進轉錄作用的進行。當 p300 的功能被抑制時，連帶造成 PNUTS 無乙醯化的組蛋白可供辨認，因而也使 PP1 被 PNUTS 所抑制而無法促進 RNA Pol II Ser5 上的磷酸根被水解，造成 GLI2 目標基因轉錄的抑制。
透過這篇論文的實驗證據，顯示長鏈非編碼 RNA 在細胞內訊息傳遞中扮演了重要的角色 — 以 BCAR4 作為一個平台結合不同蛋白，使每個成員不僅能各司其職，也能就近產生交互作用。作者為了確定 BCAR4 是否真的是個重要的藥物標靶，利用了 Locked Nucleic Acid（LNA）技術抑制 BCAR4 的活性，在老鼠模型中能有效抑制乳癌往肺臟轉移，甚至有抗血管新生的效果。轉移機會降低對於改善乳癌或其他癌症的預後無疑是一大幫助，令人不禁期待起 lncRNA 成為臨床治療的一部分的時代的來臨！
※ 註一：Tamoxifen 是乳房組織中的雌激素受體拮抗劑 (Estrogen receptor antagonist)。
※ 註二：Oncomine 為美國密西根大學研究人員所創建的資料庫，內容包含以微陣列 (Microarray) 技術分析癌症的基因表達情形所得的數據，作為藥物發展和臨床治療的重要依據，目前已經包含了高達 715 個數據集 (datasets) 和 86733 個惡性腫瘤樣本。
lncRNA BCAR4 與表觀遺傳修飾之蛋白質，協同調控趨化因子訊息傳遞（chemokine signal）路徑。圖片來源：https://tinyurl.com/yamnb4tw
參考資料：
- Xing, Z., Lin, A., Li, C., Liang, K., Wang, S., Liu, Y., … Yang, L. (2014). lncRNA Directs Cooperative Epigenetic Regulation Downstream of Chemokine Signals. Cell, 159(5), 1110-1125. doi:10.1016/j.cell.2014.10.013
- Fatica, A., & Bozzoni, I. (2013). Long non-coding RNAs: new players in cell differentiation and development. Nature Reviews Genetics, 15(1), 7-21. doi:10.1038/nrg3606
- Ling, H., Fabbri, M., & Calin, G. A. (2013). MicroRNAs and other non-coding RNAs as targets for anticancer drug development. Nature Reviews Drug Discovery, 12(11), 847-865. doi:10.1038/nrd4140
撰稿 | 姚京含
修訂 | 林映希
