【每周一鼠】m6A读取器——HNRNPC

Hnrnpc基因

Hnrnpc是hnRNPs家族成员之一。hnRNPs是一种RNA结合蛋白，它们能与hnRNA相互作用。这些蛋白质与细胞核中的前体mRNA（pre-mRNA）的成熟相关，会影响pre-mRNA加工、mRNA代谢和运输等过程。虽然大部分hnRNP都存在于细胞核中，但有些蛋白似乎具有穿过细胞核的能力，并且，hnRNP蛋白与不同种类核酸结合的亲和力也不同。该基因编码的蛋白质可以作为四聚体并参与40S hnRNP颗粒的组装。目前的研究显示该基因编码至少两种不同种类的转录本^[1]。

hnRNP能结合pre-mRNA并使40S hnRNP颗粒的组装成核。除此之外，还能与mRNA的3'-UTR或5'-UTR中的多聚U序列相互作用并调节靶mRNA分子的稳定性和翻译水平。一个HNRNPC四聚体能结合230-240个核苷酸。三个HNRNPC四聚体能结合700个核苷酸。hnRNP还在剪接体组装的早期步骤中发挥作用，相关研究指出，N6-甲基腺苷（m6A可以通过相应的读取蛋白改变mRNA或长链非编码RNA（lncRNA）的局部结构，促进HNRNPC的结合，从而调节mRNA剪接形式^[2]。

图1. AlphaFold对HnRNPC1/C2的结构预测^[3]

与Hnrnpc相关的疾病包括混合性结缔组织病（Mixed Connective Tissue Disease）和眼咽型肌营养不良症（Oculopharyngeal Muscular Dystrophy）。其相关通路包括mRNA剪接和SUMO化的翻译后修饰途径。该基因一个重要的同源基因是HNRNPCL1^[2]。

Hnrnpc基因敲除小鼠

Hnrnpc基因敲除纯合小鼠无法形成原肠胚，基本在胚囊时期（egg cylinder stage）发育停滞，并在此后的不同时期被吸收^[4]。

Williamson等人的研究发现，在胚胎期第7天，Hnrnpc纯合敲除的胚胎很容易与同期的野生型和杂合敲除胚胎进行区分。在胚胎期第6.5天，仍能存活下来的Hnrnpc纯合敲除胚胎与同窝的野生型和杂合胚胎外形相似，但略小于同窝的野生型和杂合胚胎（图2A，胚胎2和4）。原肠胚大约从胚胎期6.5天开始形成，当细胞通过原始条纹并形成中间中胚层时，双层胚囊转化为多层胚囊。但研究人员发现，130多个Hnrnpc纯合敲除胚胎中都没有表现出早期原肠胚的形态学特征（图2B-D）。组织学分析（图2E-L）证实，大部分纯和敲除胚胎可以发育至胚囊阶段（图2F），但没有找到能解释胚胎致死的形态学缺陷。另外，胚胎发育似乎都停滞在胚囊期，并在之后被吸收（图2H、I、K和L）^[5]。虽然在研究的过程中，纯合敲除的小鼠会有致死的现象发生，但是我们可以通过条件性敲除的方法，在靶器官研究该基因的一些功能。

图2. hnRNPC缺陷型胚胎的表型^[5]。

（A-D）hnRNPC缺陷型胚胎发育超过胚胎期6.5天发育停滞。（A）在胚胎期6.5天，尚未被再吸收的敲除胚胎比同窝正常基因型胚胎稍小。（B-D）从胚胎期7到8.5天，敲除胚胎与正常胚胎大小差异明显。正常胚胎经历了快速的细胞增殖和形态变化，但存活的敲除胚胎生长缓慢，到胚胎期8.5天，许多胚胎坏死降解（最右侧）导致难以与母体组织分离。（E、G和J）正常胚胎在胚囊期（E）晚条纹期（G）和体节期（J）的矢状截面。（F）研究人员推测敲除胚胎仍在胚囊期。胚胎比同窝正常胚胎小，胚胎和胚外区域之间的界限不清楚（箭头所指），外胎盘锥发育不足。（H）胚胎期7.5天的敲除胚胎未能形成原肠胚，并且与6.5天的正常胚胎具有很高的相似性。（I）生长发育影响较严重的胚胎正在被吸收。该胚胎的中胚层轴方向错误（所有胚胎的中胚层朝向图片顶部）。（K）到胚胎期8.5天，大多数敲除胚胎都被子宫再吸收。（L）一个存活8.5天的敲除胚胎表明，胚胎的壁内胚层细胞（箭头）已经形成。A代表羊膜腔；all代表尿囊；E代表胎盘外腔；epc代表外胚盘锥；P代表原始条纹；pc代表羊膜腔；pe代表腔壁内胚层；v代表血管。

胶质母细胞瘤（GBM）是一种恶性胶质瘤，死亡率很高。N6甲基腺苷RNA甲基化（m6A）在肿瘤中起着越来越重要的作用。目前的研究旨在确定m6A RNA甲基化调节器在胶质母细胞瘤中的功能。Wang L C , Chen S H , Shen X L等人利用TCGA数据库评估了m6a调节蛋白的表达差异和相关性。HNRNPC、WTAP、YTHDF2和YTHDF1这些m6a调节蛋白在GBM中显著上调。之后，研究人员使用Western Blot、RT-PCR和免疫组化来验证HNRNPC的表达与胶质瘤发展之间的关系，发现HNRNPC高表达的患者也具有良好的预后^[6]。

图3. HNRNPC的表达与人脑胶质瘤的恶性程度和临床预后相关性分析^[6]。（A）RT-PCR检测脑胶质瘤和正常脑组织中HNRNPC的mRNA表达水平。（B）不同胶质瘤阶段中HNRNPC mRNA的表达水平。（C）检测正常脑组织和不同胶质瘤阶段中HNRNPC的蛋白水平（D）采用免疫组化检测HNRNPC在胶质瘤组织中的表达。（E）Kaplan–Meier分析用于检查61例胶质瘤患者的HNRNPC表达水平与总生存时间（OS）的相关性（p=0.0268）。 

小结

在早期，研究人员通过构建基因敲除小鼠对Hnrnpc进行研究，但是Hnrnpc基因敲除小鼠在胚胎阶段就出现了发育阻滞的问题。通过条件性敲除的方法，可以在靶器官研究该基因的一些功能。这几年的一些研究主要集中于该蛋白对于RNA的调控作用，实验结果显示该蛋白在mRNA的加工中发挥了非常重要的作用，Hnrnpc可能通过m6A修饰调控mRNA的代谢，而且在肿瘤细胞中，Hnrnpc的表达与正常组织不相同，而其中Hnrnpc可能在其中扮演重要的作用。研究癌症相关的研究人员可以关注这方面的研究。

参考文献：

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/3183

2. https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=HNRNPC&keywords=hnrnpc

3. https://alphafold.ebi.ac.uk/entry/P07910

4. http://www.informatics.jax.org/marker/MGI:107795

5. D, J, Williamson, et al. hnRNP C Is Required for Postimplantation Mouse Development but Is Dispensable for Cell Viability[J]. Molecular & Cellular Biology, 2000.

6. Wang L C ,  Chen S H ,  Shen X L , et al. M6A RNA Methylation Regulator HNRNPC Contributes to Tumorigenesis and Predicts Prognosis in Glioblastoma Multiforme[J]. Frontiers in Oncology, 2020, 10.