RNA editing provides epigenetic diversity and is thought to be decreased in cancer. However, this report describes a phenomenon of increased RNA editing associated with malignancy in human liver tumors. The increased editing of AZIN1 is facilitated by the correlative increase in the editing enzyme ADAR1 and induces an amino acid change that leads to subcellular relocalization, increased stability and affinity for antizyme. This effect impairs antizyme's function and increases the stability of its target oncoproteins, providing protumorigenic functions. The hyperediting of AZIN1 is a protumorigenic event in liver cancer pathogenesis. A better understanding of human hepatocellular carcinoma (HCC) pathogenesis at the molecular level will facilitate the discovery of tumor-initiating events. Transcriptome sequencing revealed that adenosine-to-inosine (A→I) RNA editing of AZIN1 (encoding antizyme inhibitor 1) is increased in HCC specimens. A→I editing of AZIN1 transcripts, specifically regulated by ADAR1 (encoding adenosine deaminase acting on RNA-1), results in a serine-to-glycine substitution at residue 367 of AZIN1, located in β-strand 15 (β15) and predicted to cause a conformational change, induced a cytoplasmic-to-nuclear translocation and conferred gain-of-function phenotypes that were manifested by augmented tumor-initiating potential and more aggressive behavior. Compared with wild-type AZIN1 protein, the edited form has a stronger affinity to antizyme, and the resultant higher AZIN1 protein stability promotes cell proliferation through the neutralization of antizyme-mediated degradation of ornithine decarboxylase (ODC) and cyclin D1 (CCND1). Collectively, A→I RNA editing of AZIN1 may be a potential driver in the pathogenesis of human cancers, particularly HCC.

Objective

 Hepatocellular carcinoma (HCC) is a heterogeneous tumour displaying a complex variety of genetic and epigenetic changes. In human cancers, aberrant post-transcriptional modifications, such as alternative splicing and RNA editing, may lead to tumour specific transcriptome diversity. 

Design

 By utilising large scale transcriptome sequencing of three paired HCC clinical specimens and their adjacent non-tumour (NT) tissue counterparts at depth, we discovered an average of 20 007 inferred A to I (adenosine to inosine) RNA editing events in transcripts. The roles of the double stranded RNA specific ADAR (Adenosine DeAminase that act on RNA) family members (ADARs) and the altered gene specific editing patterns were investigated in clinical specimens, cell models and mice. 

Results

 HCC displays a severely disrupted A to I RNA editing balance. ADAR1 and ADAR2 manipulate the A to I imbalance of HCC via their differential expression in HCC compared with NT liver tissues. Patients with ADAR1 overexpression and ADAR2 downregulation in tumours demonstrated an increased risk of liver cirrhosis and postoperative recurrence and had poor prognoses. Due to the differentially expressed ADAR1 and ADAR2 in tumours, the altered gene specific editing activities, which was reflected by the hyper-editing of FLNB (filamin B, β) and the hypo-editing of COPA (coatomer protein complex, subunit α), are closely associated with HCC pathogenesis. In vitro and in vivo functional assays prove that ADAR1 functions as an oncogene while ADAR2 has tumour suppressive ability in HCC. 

Conclusions

 These findings highlight the fact that the differentially expressed ADARs in tumours, which are responsible for an A to I editing imbalance, has great prognostic value and diagnostic potential for HCC.

In the past decade, adenosine to inosine (A-to-I) RNA editing, which is catalyzed by adenosine deaminases acting on RNA (ADAR) family of enzymes ADAR1 and ADAR2, has been shown to contribute to the development and progression of multiple cancers; however, very little is known about its role in acute myeloid leukemia (AML) - the second most common type of leukemia making up 31% of all adult leukemia cases. Here, we found that ADAR2, but not ADAR1 and ADAR3, is specifically downregulated in core binding factor (CBF) AML with t(8;21) or inv(16). In t(8;21) AML, RUNX1-driven transcription of ADAR2 transcripts was found to be repressed by the RUNX1-ETO fusion protein. Forced overexpression of two ADAR2-regulated RNA editing targets COPA and COG3 indeed inhibits clonogenic growth of human t(8;21) AML cells. Further in vivo animal studies confirmed that ADAR2 could suppress leukemogenesis of t(8;21) AML through its RNA binding and editing capabilities. Our results suggest a novel RNA editing-mediated mechanism leading to t(8,12) AML.

Abstract Background & Aims Gastric cancer (GC) cases are often diagnosed at an advanced stage with poor prognosis. Platinum-based chemotherapy has been internationally accepted as first-line therapy for inoperable or metastatic GC. To achieve greater benefits, it is critical to select patients who are eligible for the treatment. Albeit gene expression profiling has been widely used as a genomic classifier to identify molecular subtypes of GC and stratify patients for different chemotherapy regimens, the prediction accuracy remains to be improved. More recently, adenosine-to-inosine (A-to-I) RNA editing has emerged as a new player contributing to GC development and progression, offering potential clinical utility for diagnosis and treatment. Methods We conducted a transcriptome-wide RNA editing analysis of a cohort of 104 patients with advanced GC and identified an RNA editing (GCRE) signature to guide GC chemotherapy, using a systematic computational approach followed by both in vitro validations and in silico validations in TCGA. Results We found that RNA editing events alone stand as a prognostic and predictive biomarker in advanced GC. We developed a GCRE score based on the GCRE signature consisting of 50 editing sites associated with 29 genes and achieved a high accuracy (84%) of predicting patient response to chemotherapy. Of note, patients demonstrating higher editing levels of this panel of sites present a better overall response. Consistently, GC cell lines with higher editing levels showed higher chemosensitivity. Applying the GCRE score on TCGA dataset confirmed that responders had significantly higher levels of editing in advanced GC. Conclusions Overall, the GCRE signature reliably stratifies patients with advanced GC and predicts response from chemotherapy. Significance Despite the increasing documentation of RNA editing and its functional regulation, the translational potential of RNA editome in cancer remains largely under-investigated. This study reports for the first time an RNA editing signature in advanced GC, to reliably stratify patients with advanced disease to predict response from chemotherapy independently of gene expression profiling and other genomic and epigenetic changes. For this purpose, a bioinformatics approach was used to develop a GCRE score based on a panel of 50 editing sites from 29 unique genes (GCRE signature), followed by an experimental evaluation of their clinical utility as predictive biomarker in GC cell lines and in silico validation in using RNA sequencing (RNA-Seq) datasets from TCGA. The applied methodology provides a robust means of an RNA editing signature to be investigated in patients with advanced GC. Overall, this study provides insights into the translation of RNA editing process into predictive clinical applications to direct chemotherapy against GC.

Adenosine-to-inosine (A-to-I) editing, catalysed by Adenosine DeAminases acting on double-stranded RNA (dsRNA) (ADAR), occurs predominantly in the 3′ untranslated regions (3′UTRs). Here we uncover an unanticipated link between ADARs (ADAR1 and ADAR2) and the expression of target genes undergoing extensive 3′UTR editing. Using METTL7A (Methyltransferase Like 7A), a novel tumor suppressor as an exemplary target gene, we demonstrate that its expression could be repressed by ADARs beyond their RNA editing and dsRNA binding functions. ADARs interact with Dicer to augment the processing of pre-miR-27a to mature miR-27a. Consequently, mature miR-27a targets the METTL7A 3′UTR to repress its expression level. In sum, our study unveils that the extensive 3′UTR editing is merely a footprint of ADAR binding, and is dispensable for the regulation of at least a subset of target genes. Instead, ADARs contribute to cancer progression by regulating cancer-related gene expression through their non-canonical functions independent of RNA editing and dsRNA binding. The functional significance of ADARs is much more diverse than previously appreciated and this gene regulatory function of ADARs is most likely to be of higher importance than the best-studied editing function. This novel non-editing side of ADARs opens another door to target cancer. This study is timely and represents a major break-through in the field of ADAR gene regulation and cancer biology.

ADAR1-mediated RNA editing establishes immune tolerance to endogenous double-stranded RNA (dsRNA) by preventing its sensing, primarily by MDA5. Although deleting Ifih1 (encoding MDA5) rescues embryonic lethality in ADAR1-deficient mice, they still experience early postnatal death, and removing other MDA5 signaling proteins does not yield the same rescue. Here, we show that ablation of MDA5 in a liver-specific Adar knockout (KO) murine model fails to rescue hepatic abnormalities caused by ADAR1 loss. Ifih1;Adar double KO (dKO) hepatocytes accumulate endogenous dsRNAs, leading to aberrant transition to a highly inflammatory state and recruitment of macrophages into dKO livers. Mechanistically, progranulin (PGRN) appears to mediate ADAR1 deficiency-induced liver pathology, promoting interferon signaling and attracting epidermal growth factor receptor (EGFR)+ macrophages into dKO liver, exacerbating hepatic inflammation. Notably, the PGRN-EGFR crosstalk communication and consequent immune responses are significantly repressed in ADAR1high tumors, revealing that pre-neoplastic or neoplastic cells can exploit ADAR1-dependent immune tolerance to facilitate immune evasion.