HAND1和BARX1作为胃肠间质瘤恶性转化的转录和解剖决定因素

HAND1 and BARX1 Act as Transcriptional and Anatomic Determinants of Malignancy in Gastrointestinal Stromal Tumor

作者信息Matthew L Hemming, Shannon Coy, Jia-Ren Lin, Jessica L Andersen, Joanna Przybyl, Emanuele Mazzola, Amr H Abdelhamid Ahmed, Matt van de Rijn, Peter K Sorger, Scott A Armstrong, George D Demetri, Sandro Santagata
PMID33451979
发布时间2021-03-15
DOI10.1158/1078-0432.CCR-20-3538

实验完整度

研究包含RNA-seq、ChIP-seq、CRISPR功能实验、IHC、CyCIF、Kaplan-Meier生存分析等多个独立证据层级,并有功能验证和机制验证。

主要模型

GIST-T1细胞系 GIST患者肿瘤样本(87例和437例队列) 正常胃肠道组织中的ICC

重点核对

GIST-T1细胞中HAND1和ETV1的CRISPR敲除 RNA-seq(35例临床注释GIST和公开数据集) ChIP-seq示HAND1和ETV1结合 免疫组化检测HAND1、BARX1及其他标志物 CyCIF单细胞成像分析增殖标志物

摘要

目的:胃肠间质瘤(GIST)起源于卡哈尔间质细胞(ICC)或其前体,这些细胞遍布胃肠道。尽管胃GIST通常呈惰性,小肠GIST更具侵袭性,但对疾病行为的分子理解将有助于GIST的治疗决策。虽然核心转录因子(TF)网络在GIST中保守,但辅助TF HAND1和BARX1以疾病状态特异性模式表达。在此,我们表征了由HAND1和BARX1维持的两种不同转录程序,并评估了它们与临床结局的关联。实验设计:我们评估了GIST样本和培养细胞中的RNA-seq和TF染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq),以研究与HAND1和BARX1相关的转录程序。多重组织循环免疫荧光(CyCIF)和免疫组化评估了TF的组织和细胞水平表达及其与临床因素的关联。结果:我们表明HAND1在侵袭性GIST中表达,调节KIT和核心TF表达,并支持增殖细胞程序。相比之下,BARX1在惰性和微小GIST中表达。与标准风险分层相比,HAND1和BARX1表达是无复发生存的优越预测因子,并且它们预测伊马替尼治疗的无进展生存期。反映辅助TF程序的发育起源,HAND1仅在小肠ICC中表达,而BARX1表达仅限于胃ICC。结论:我们的结果定义了GIST的解剖和转录决定因素以及临床表型的分子起源。评估GIST中HAND1和BARX1的表达可能提供预后信息,并改善辅助治疗给药的临床决策。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
HAND1和BARX1这两个辅助转录因子在GIST中驱动哪些不同的转录程序,其表达与临床结局有何关联?
核心机制
HAND1调节核心GIST转录因子网络并维持KIT基因表达,支持增殖相关的信号传导,驱动侵袭性表型;BARX1则与惰性表型相关。
主要证据
RNA-seq和GSEA显示HAND1阳性肿瘤富集G2M检查点和MTORC1信号通路;CRISPR敲除HAND1降低GIST-T1细胞增殖和KIT表达;IHC和CyCIF显示HAND1表达与增殖标志物相关;生存分析显示HAND1和BARX1表达可预测无复发生存和伊马替尼治疗进展。
研究意义
评估HAND1和BARX1表达可能提供预后信息,改善GIST患者辅助治疗的临床决策,并可能成为治疗靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

转录组分析

比较无复发和转移/复发GIST之间的基因表达差异,识别与临床状态相关的转录因子。

对35例GIST临床样本进行RNA-seq差异表达分析,并对公开数据集进行PCA和GSEA。

2

CRISPR功能实验

验证HAND1在GIST细胞增殖和转录调控中的必要性。

在GIST-T1细胞中通过CRISPR敲除HAND1或ETV1,进行生长曲线测定和RNA-seq分析。

3

组织表达分析

确定HAND1和BARX1在GIST肿瘤组织中的表达模式及其与突变和临床病理特征的关系。

对87例和437例GIST样本进行IHC,评估HAND1、BARX1、HOXC10、PLAGL1等表达,并分析其与突变、解剖位置和预后关联。

4

单细胞成像分析

在单细胞水平研究HAND1和BARX1表达与增殖标志物的关联。

采用CyCIF技术对87例GIST样本进行多重免疫荧光成像,并用UMAP降维、细胞分割和信号强度分析。

5

正常组织ICC分析

探讨HAND1和BARX1在正常ICC中的解剖分布,以反映GIST细胞起源。

对正常胃肠道组织进行KIT和HAND1/BARX1双染IHC,量化不同解剖部位ICC中HAND1和BARX1的表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基----
胎牛血清----
L-谷氨酰胺----
青霉素----
链霉素----
MycoAlert支原体检测试剂盒Lonza Bioscience--
HEK 293FT细胞Thermo Fisher ScientificR70007
GIST-T1细胞系Cosmo BioPMC-GIST01-COS
X-tremeGene转染试剂Roche--
pMD2.G质粒Addgene12259
psPAX2质粒Addgene12260
聚凝胺----
Guava easyCyte流式细胞仪EMD Millipore--
Cas9蛋白Addgene73310
BARX1慢病毒表达载体Twist Bioscience--
RNeasy Plus试剂盒Qiagen--
Nanodrop分光光度计Thermo Fisher Scientific--
Bioanalyzer生物分析仪Agilent--
NEBNext Ultra II非链特异性文库制备试剂盒New England Biolabs--
NovaSeq 6000测序仪Illumina--
HAND1抗体OriGeneTA502671
BARX1抗体Atlas AntibodiesHPA055858
PDGFRA抗体Cell Signaling Technology5241
DOG-1抗体Leica BiosystemsNCL-L-DOG-1
SDHB抗体Abcamab14714
c-KIT抗体AgilentA4502
PLAGL1抗体Thermo Fisher ScientificMA5-31853
HOXC10抗体Thermo Fisher ScientificPA5-31078
c-KIT抗体(棕色/红色IHC)DakoA4502 / A4512
标记聚合物HRP抗小鼠二抗DakoK4007
标记聚合物HRP抗兔二抗DakoK4011
Novolink聚合物检测系统LeicaRE7150-K
DAB+显色液DakoK3468
柠檬酸盐缓冲液DakoS1699
AP聚合物抗小鼠二抗Thermo ScientificTL-125-AP
碱性磷酸酶红色底物试剂盒VectorSK-5105
UltraVision LP检测系统Thermo Scientific--
BARX1抗体(Sigma)SigmaHPA055858
RareCyte CyteFinder玻片扫描荧光显微镜RareCyte--
RIPA裂解液----
蛋白酶抑制剂混合物Roche--
BCA蛋白定量试剂盒Pierce Biotechnology--
BARX1抗体Thermo Fisher ScientificPA5-68362
ERK抗体Cell Signaling Technology9107
Odyssey CLx红外成像系统LI-COR Biosciences--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
转录组分析
样本队列、分组标准(无复发 vs 转移/复发)、差异表达分析方法、GSEA基因集
阅读提示:Methods中RNA-seq部分,及图1A-E
细胞培养和CRISPR
细胞系、培养条件、sgRNA序列、转导方法、时间点、细胞计数方法
阅读提示:Methods中Cell Culture and Virus Production、Cloning and CRISPR
免疫组化
抗体克隆号、稀释比例、抗原修复条件、判读标准(阳性定义)
阅读提示:Methods中Tumor Samples, Immunohistochemistry and CyCIF部分,及图3和图5
CyCIF成像
抗体列表、成像平台、图像处理和分析参数(UMAP、细胞分割)
阅读提示:Methods中Tissue-based cyclic immunofluorescence部分,及图4
生存分析
队列样本量、随访时间、事件定义(复发、进展)、统计检验方法(logrank)
阅读提示:Methods中Statistical analysis部分,及图5F-H