解析BRAFV600E突变人脑胶质瘤对RAF抑制剂获得性耐药的机制

Deconvoluting Mechanisms of Acquired Resistance to RAF Inhibitors in BRAFV600E-Mutant Human Glioma

作者信息Karisa C Schreck, Andrew Morin, Guisheng Zhao, Amy N Allen, Patrick Flannery, Michael Glantz, Adam L Green, Chris Jones, Kenneth L Jones, Lindsay B Kilburn, Kellie J Nazemi, David Samuel, Bridget Sanford, David A Solomon, Jiawan Wang, Christine A Pratilas, Theodore Nicolaides, Jean M Mulcahy Levy
PMID34433654
发布时间2021-11-15
DOI10.1158/1078-0432.CCR-21-2660

实验完整度

包含患者配对样本的基因组测序分析、细胞系中多个耐药机制的功能验证(如NF1/CBL敲低、PTEN回补、CRAF依赖)及联合用药的体外评估,证据层级丰富。

主要模型

患者配对胶质瘤样本 BRAFV600E突变胶质瘤细胞系(DBTRG-5MG、AM38、BT40、B76、MAF-905_3、MAF-794等)

重点核对

患者样本类型:配对术前/术后标本(N=15) 细胞系身份:通过STR分型验证,常规检测支原体 药物处理剂量和时间:例如dabrafenib 30 nmol/L、vemurafenib 5 μmol/L CRISPR/siRNA敲低效率和时效性 分析软件版本:GraphPad Prism 7或8,GSEA 3.0

摘要

目的:选择性RAF靶向治疗对部分BRAFV600E突变胶质瘤患者有效,但通过机制不明的途径会出现新生性和适应性耐药。实验设计:获取了配对的治疗前/后RAF抑制剂(RAFi)治疗的胶质瘤样本(N=15),并使用DNA和RNA测序(RNA-seq)查询治疗中出现的基因组改变。使用已建立的源自患者的BRAFV600E突变胶质瘤细胞系对推定的耐药机制进行了功能验证。结果:对15对组织样本的分析发现,在9对样本中鉴定出13个赋予推定耐药的改变(包括涉及ERRFI1、BAP1、ANKHD1和MAP2K1的突变)。我们在BRAFV600E突变胶质瘤细胞系中对耐药机制进行了功能验证,包括NF1、PTEN或CBL的缺失,并证明它们能够在体外赋予耐药性。CBL敲低导致EGFR表达和磷酸化增加,这可能是维持细胞内ERK信号传导的一种机制。MEKi或EGFR抑制剂联合治疗能够分别在NF1敲低和CBL敲低中克服对BRAFi的耐药性。在B76细胞(PTEN−/−)中恢复野生型PTEN可恢复对BRAFi的敏感性。我们在一个耐药样本中识别并验证了CRAF上调是一种耐药机制。RNA-seq分析在耐药样本中识别出两种新出现的表达模式,与已知胶质瘤亚型的表达模式一致。结论:胶质瘤对BRAFi的耐药机制多种多样,可能预测有效的精准靶向治疗组合,强调了个体化方法的重要性。转化相关性:靶向治疗在临床中的应用日益增多。在胶质瘤的治疗中,重点一直放在使用RAF通路抑制剂上,但关于这些药物在胶质瘤中的耐药机制知之甚少。识别和表征对RAF抑制剂/MEK抑制剂的耐药机制是有效使用分子靶向药物治疗胶质瘤患者的关键一步。通过这组配对的胶质瘤标本,我们识别了一系列推定的基因组和适应性耐药机制。更重要的是,可以利用这些信息在进展时识别出可能具有临床疗效的不同靶向治疗组合。这些观察结果强调了全面基因组分析胶质瘤的重要性,以及优先考虑在靶向治疗进展后收集组织的重要性,尽管开颅手术有相关风险,但这是识别可靶向耐药机制的一种手段。

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
BRAFV600E突变胶质瘤对RAF抑制剂产生获得性耐药的机制是什么?
核心机制
耐药机制包括NF1、PTEN、CBL等功能缺失导致的RTK/RAS/ERK或PI3K通路异常激活,以及CRAF上调或BRAF二次突变导致的RAF二聚化,维持ERK信号传导。
主要证据
基于15对患者样本的DNA/RNA测序鉴定出13个推定耐药改变,并在多个BRAFV600E突变胶质瘤细胞系中验证了NF1、CBL、PTEN缺失及CRAF激活的耐药功能。
研究意义
揭示胶质瘤对RAF抑制剂耐药机制具有多样性,提示通过配对样本分析可指导个体化联合靶向治疗,强调进展后组织采集的重要性。

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

患者配对样本收集与临床特征分析

获取治疗前后配对胶质瘤样本,描述患者临床特征和预后。

收集15例BRAFV600E突变LGG/HGG患者治疗前后配对样本,记录诊断、年龄、性别、治疗和反应,分析生存期。

2

基因组测序分析鉴定推定耐药机制

比较治疗前后的基因组改变,筛选可能驱动耐药的突变。

对配对样本进行DNA和RNA测序,排除共有变异后鉴定治疗中出现的推定耐药改变。

3

耐药机制的体外功能验证

验证候选基因改变是否赋予BRAFi耐药性。

在BRAFV600E胶质瘤细胞系中通过CRISPR、siRNA或回补实验调控NF1、CBL、PTEN、CRAF等,检测药物敏感性和信号通路变化。

4

克服耐药的联合治疗策略评估

探索能够克服特定耐药机制的联合用药方案。

在耐药细胞模型中评估MEKi、EGFRi或pan-RAF抑制剂与BRAFi的联用效果。

5

转录组分析揭示适应性耐药表达模式

在没有明确基因组改变的样本中,寻找表达层面的耐药机制。

对配对样本进行RNA-seq,使用IPA和GSEA分析表达变化,鉴定TGFB1高/低亚型。

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
OptiMEM低血清培养基----
RPMI1640培养基----
MEM培养基----
DMEM培养基----
pLentiCRISPR-E质粒Addgene78852
pLenti-U6-NF1sgRNA-SFFV-CAS9-2A-Pur质粒ABM--
pBABE-PTEN-puro质粒Addgene10785
Silencer Select Cbl-siRNAThermo Fisher Scientific4390824
Silencer Select阴性对照siRNA No. 1Thermo Fisher Scientific4390843
Lipofectamine RNAiMAX试剂Thermo Fisher Scientific13778030
维莫非尼SelleckChem--
考比替尼SelleckChem--
来那替尼SelleckChem--
达拉非尼SelleckChem--
曲美替尼SelleckChem--
ZM336372SelleckChem--
LY3009120SelleckChem--
贝尔瓦芬尼SelleckChem--
抗EGFR抗体Cell Signaling Technology2232
抗AXL抗体Cell Signaling Technology8661
抗磷酸化ERK抗体Cell Signaling Technology9101
抗ERK抗体Cell Signaling Technology9102
抗PTEN抗体Cell Signaling Technology9552
抗β-肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology4967
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
抗纽蛋白抗体Cell Signaling Technology--
抗CBL抗体MilliporeSigma05-440
抗NF1抗体Bethyl AntibodiesA300-140A
HRP偶联抗兔二抗Cell Signaling Technology7074
HRP偶联抗小鼠二抗Cell Signaling Technology7076
G:Box成像仪Syngene--
LI-COR Odyssey Fc成像系统LI-COR--
Proteome Profiler人磷酸化RTK芯片试剂盒R&D SystemsARY001B
细胞计数试剂盒-8Dojindo--
WST1试剂Roche--
IncuCyte Zoom活细胞成像系统Sartorius--
Cytotox Green试剂Sartorius--
Quick-RNA Miniprep Plus试剂盒Zymo Research--
PinPoint Slide RNA分离系统II试剂盒Zymo Research--
DNeasy血液和组织试剂盒Qiagen--
QIAamp DNA FFPE组织试剂盒Qiagen--
TrueSeq文库构建试剂盒Illumina--
TrueSeq RNA Access文库构建试剂盒Illumina--
DNA分析ScreenTapeAgilent Technologies--
HiSeq4000测序平台Illumina--
NovaSEQ 6000测序平台Illumina--
MycoAlert检测试剂盒Lonza--
MycoHunter支原体检测试剂盒GenHunter--

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
患者样本收集
样本类型:配对术前/术后组织;样本量:15对;疾病类型:LGG和HGG;治疗:RAFi单药或联合MEKi
阅读提示:Methods: Study approval; Results: Patient characteristics
细胞培养
细胞系来源和培养基:B76、MAF-794、MAF-905_3用OptiMEM+15%FBS;DBTRG-5MG用RPMI1640+10%FBS;AM38用MEM+20%FBS;BT40用DMEM+10%FBS;培养条件:37°C、5%CO2;传代限制:不超过60个月或30代
阅读提示:Methods: Cell culture and cell line creation
基因敲低/过表达
CRISPR sgRNA序列;siRNA序列和浓度(25 pmol/6孔板);转染试剂:Lipofectamine RNAiMAX;质粒构建:pLentiCRISPR-E、pBABE-PTEN-puro
阅读提示:Methods: Cell culture and cell line creation
药物处理
药物种类和浓度:vemurafenib、dabrafenib、trametinib、cobimetinib、neratinib、LY3009120、belvarafenib、ZM336372;溶剂:DMSO;储存:-20°C
阅读提示:Methods: Antibodies and reagents
细胞增殖和活力检测
细胞接种密度:96孔板1500-2000细胞/孔;检测方法:CCK-8、WST1或IncuCyte Zoom;处理时间:72小时或96小时
阅读提示:Methods: Cell proliferation assays
克隆形成实验
细胞接种密度:12孔板1000细胞/孔;处理时间:14天;染色:结晶紫
阅读提示:Methods: Clonogenic assays
RNA-seq
RNA提取方法;文库构建:TrueSeq或TrueSeq RNA Access;测序平台:HiSeq4000或NovaSEQ 6000;测序深度:平均4000万reads/样本;分析方法:trimmomatic、gSNAP、Cufflinks、GSEA、IPA
阅读提示:Methods: RNA sequencing analysis
DNA测序
DNA提取方法;测序方法:UCSF500 Cancer Panel或全基因组测序;分析比对COSMIC数据库
阅读提示:Methods: DNA sequencing analysis
统计分析
统计方法:Student t test、Dunnett多重比较检验、ANOVA;软件:GraphPad Prism 7或8;显著性水平:P ≤ 0.05;生物学重复数:至少3次
阅读提示:Methods: Statistical analysis