8月23日，2024年国自然放榜，各大医院纷纷晒出成绩单。在立项总数上，四川大学华西医院连续7年排名全国第一，浙江大学医学院附属第二医院蝉联全国第二。

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图源：检验医学
国自然已经放榜，又到了可以开始准备下一批国自然申报的时间段，实时关注国自然热点为下一次做好准备！
线粒体和铁死亡这两大国自然热点随便拎出来一个都可以设计标书，且铁死亡一直与线粒体功能密切相关，这篇一区的Redox Biology（10.7分）集齐了多数据库（CTRP、DepMap 和 CCLE）、多组学、多实验（质谱、免疫沉淀、免疫荧光、流式等）、多模型（异种移植肿瘤模型和 AOM/DSS 诱导的小鼠结肠炎相关CRC模型）来进行研究，研究思路值得参考，不容错过。
近日，厦门大学生命科学学院张永有团队在Redox Biology上发表研究成果发现，METTL17通过对线粒体RNA进行甲基化，促进线粒体蛋白翻译，促进氧化磷酸化，阻碍ROS产生，以此产生铁死亡抵抗，揭示了METTL17介导的细胞生存和线粒体中的铁死亡防御机制。

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https://doi.org/10.1016/j.redox.2024.103087

 

一、研究内容与思路

 

1、METTL17的表达与CRC细胞对铁死亡的抵抗呈正相关

 

通过癌细胞系治疗信息数据库（CTRP）分析发现，METTL17mRNA表达与GPX4抑制剂（包括ML162和RSL3）的耐药性呈正相关。进一步对癌症依赖性图谱（DepMap）和癌细胞系百科全书（CCLE）两个数据库进行综合分析，发现在各种癌细胞株中METTL17的蛋白水平与ML162和RSL3 药物敏感性呈正相关。
作者对METTL17进行敲减来探讨METTL17是否和铁死亡耐受有关，结果表明：METTL17敲减后，两种结直肠癌（CRC）细胞对铁死亡诱导剂ML162和RSL3引发的死亡更敏感，而铁螯合剂去铁胺(DFO)可以逆转这一过程；继而在METTL17敲低的CRC细胞中外源表达METTL17，发现可以部分挽救ML162诱导的铁死亡。
上述这些结果证实，METTL17在调节直肠癌（CRC）铁死亡中的重要作用。
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研究思路1：铁死亡是一种铁依赖的脂质过氧化诱导的调节细胞死亡形式，作为一种癌症治疗策略具有巨大的前景。首先，通过公共数据库发现，在各种癌细胞中，METTL17与铁死亡密切相关。之后，通过结直肠癌细胞实验证明，敲低METTL17可以一定程度引发铁死亡。
2、敲低METTL17可抑制结直肠癌细胞的增殖、迁移、侵袭
癌症基因组图谱(TCGA)分析发现，METTL17在直肠癌（CRC）中高表达。随后，作者评估了METTL17在CRC中的功能。首先，基于DepMap和CCLE数据库，作者观察到METTL17 mRNA表达水平在所有CRC细胞系中的分布不同，也表明了METTL17在CRC中的表达与其基因效应之间的相关性。
作者敲低了三种CRC细胞系SW620、RKO和DLD1中的METTL17表达，发现敲减METTL17后，可以抑制结直肠癌细胞的增殖、迁移、侵袭。综上所述，这些结果强调了METTL17对CRC致癌活性的重要性。
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研究思路2：简单通过体外实验证明了METTL17与铁死亡的联系后，作者进一步探讨了METTL17与直肠癌（CRC）之间的关系，通过体外实验证实了敲低METTL17可以抑制结直肠癌。
3、METTL17缺失可抑制异种移植瘤的生长和AOM/DSS诱导的体内结直肠癌肿瘤发生
作者将METTL17敲低的SW620细胞和对照SW620细胞分别注射到裸鼠皮下研究METTL17对体内CRC发生的影响，发现：METTL17敲低的肿瘤比对照肿瘤生长得慢得多，重量也小得多。WB和免疫染色分析表明，METTL17敲低的肿瘤β-Catenin表达减少，而PCNA和Ki-67b表达不受影响。
这些结果表明，在异种移植肿瘤模型中，敲低METTL17通过非增殖依赖性途径抑制肿瘤生长。偶氮甲烷（AOM）/葡聚糖硫酸钠（DSS）模型是一种结合DSS诱发的实验性结肠炎和致癌物（AOM）暴露的大鼠CRC模型。作者构建了CRC模型来评估METTL17在体内CRC肿瘤发生中的影响，其研究结果与异种移植肿瘤模型中所得结果一致。这些结果表明，METTL17缺陷抑制异种移植肿瘤的生长和AOM/DSS诱导的体内结直肠癌进展。
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研究思路3：对此，作者紧接着开展了动物实验，采用了两种动物模型——异种移植肿瘤模型和AOM/DSS诱导的小鼠结肠炎相关CRC模型来探讨METTL17与结直肠癌的联系，结果与体外实验结果一致，敲低METTL17可以抑制结直肠癌发生发展。

 

4、敲低METTL17会破坏线粒体稳态，促进铁死亡应激下的脂质过氧化和ROS生成
作者首先评估内源性METTL17蛋白水平和细胞定位，发现METTL17主要在线粒体中表达。为了研究METTL17在线粒体中的功能，作者检测了METTL17敲低细胞中能量代谢的变化，发现METTL17敲低导致线粒体功能障碍（基础呼吸、ATP生成、最大呼吸和备用容量减少）、葡萄糖供应受损；GSEA分析发现在METTL17缺陷细胞中，与氧化磷酸化相关的基因下调。
作者使用了C11-BODIPY探针和ROS-DCF等验证了敲减METTL17后的ROS和脂质氧化情况，发现METTL17缺陷导致线粒体脂质过氧化和ROS水平显著升高。透射电镜发现，METTL17敲低细胞中存在显著的线粒体损伤。这些结果表明，METTL17介导的线粒体稳态对维持CRC生长和抵御铁死亡至关重要。

 

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研究思路4：为了阐明METTL17影响铁死亡敏感性和CRC发展的机制，作者研究了METTL17在癌细胞中的分布和功能。发现其主要在线粒体中表达，进一步探讨了METTL17对线粒体功能的影响，以及这一环节与铁死亡之间是否存在联系。
5、METTL17以线粒体RNA甲基化方式控制CRC的线粒体翻译
作者先通过对DepMap数据库中前100个METTL17依赖性的基因进行了分析，GO富集分析显示，位于线粒体内膜和线粒体核糖体中的METTL17共同依赖基因编码蛋白显著富集。为了验证METTL17参与线粒体基因调控，作者使用Western blot检测了13个线粒体蛋白编码基因的蛋白水平。结果表明，在CRC细胞中，METTL17敲低导致CRC细胞中线粒体蛋白的整体减少，然而，mRNA水平没有同时发生改变。这表明METTL17对于维持癌细胞中正常的线粒体基因表达是必需的。
研究人员对线粒体RNA进行了LC-MS/MS分析，以探索METTL17敲低的CRC细胞中甲基化模式的变化。研究结果显示，METTL17敲低细胞中线粒体内的RNA的m4C、m5C、m3C、m7G和m6A甲基化水平显著减少，表明METTL17可能是线粒体RNA甲基化的多功能调节因子。重要的是，敲低METTL17不影响其他线粒体甲基转移酶的表达。综上，METTL17通过调节CRC细胞中RNA的甲基化来控制线粒体基因表达。
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研究思路5：明确了METTL17介导的线粒体稳态对维持CRC生长和抵御铁死亡至关重要，但METTL17是否是癌细胞中线粒体基因表达所必需的尚未阐明。对此，作者讨论METTL17通过什么途径去影响线粒体稳态，以及这一环节在癌症中的重要性。
6、METTL17相互作用蛋白调节线粒体基因表达和铁死亡
多种蛋白有利于线粒体基因表达和蛋白翻译，作者通过质谱(MS)筛选出26个与METTL17表现高亲和力相互作用的线粒体蛋白，通过GO富集分析表明这些蛋白质在基因表达和翻译中发挥重要作用。敲减这些互作蛋白后，发现线粒体基因表达受影响，并增加了细胞对铁死亡的敏感性。这些发现表明，METTL17及其互作蛋白共同调控线粒体基因表达，进而影响CRC细胞的铁死亡防御和细胞存活。
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研究思路6：METTL17通过调节CRC细胞中RNA的甲基化来控制线粒体基因表达。那对其下游互作蛋白进行调控，会不会影响CRC细胞呢？从而来反证上述结论是否正确，以及这一环节对CRC细胞是否必不可少。
7、靶向METTL17和铁死亡的联合治疗可抑制CRC的肿瘤发生
最后，作者探索了METTL17和铁死亡联合治疗CRC的潜力。敲低METTL17使SW620异种移植瘤对ML162治疗敏感，表现出对CRC治疗的协同作用，而与铁死亡抑制剂利普司他丁-1(Lip-1)联合治疗则减弱了抑制肿瘤生长作用效果；同时作者发现ML162治疗并不影响这些肿瘤中的Ki-67染色（细胞增殖标志物），但4-HNE染色（脂质过氧化标志物）显着增加。在ML162处理的METTL17敲除肿瘤中，使用Lip-1减弱了脂质过氧化的增强（图7C和D）。这些结果表明，同时抑制 METTL17和铁死亡诱导剂通过增强铁死亡在CRC治疗中具有协同作用。
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研究思路7：上述探讨了敲低METTL17可以诱导铁死亡，从而抑制结肠癌，但这都是通过间接实验或者体外实验得到的结论。最后，作者开展了动物实验，将METTL17、铁死亡与CRC结合起来，研究了联合METTL17抑制和铁死亡诱导/抑制对CRC治疗的治疗潜力。

 

二、小结
首先，作者制定了研究方向，从基因层面探讨铁死亡与癌症的关系，通过综合生物信息学寻找到了METTL17。之后，采用基因编辑技术和体内外实验，研究创新地阐明了METTL17在细胞存活和线粒体铁死亡防御中的作用机制，很巧妙的将铁死亡与线粒体结合了起来。最后，提出实用性结论——靶向METTL17，无论是单独使用还是与铁死亡联合，都显示出在结直肠癌治疗中的应用潜力，为癌症治疗提供了新的视角和策略。
当只有大研究方向的时候，不妨借助一些公共数据库来寻求突破点以及创新点，其研究思路及实验过程值得参考借鉴。

 

参考文献：

 

[1] Li, Hao et al. “METTL17 coordinates ferroptosis and tumorigenesis by regulating mitochondrial translation in colorectal cancer.” Redox biology vol. 71 (2024): 103087. doi:10.1016/j.redox.2024.103087

 

 

撰写：MIE
编辑：小饼干