线粒体靶向HSP90抑制剂在胶质瘤中的抗肿瘤活性

Antitumor Activity of a Mitochondrial-Targeted HSP90 Inhibitor in Gliomas

作者信息Shiyou Wei, Delong Yin, Shengnan Yu, Xiang Lin, Milan R Savani, Kuang Du, Yin Ku, Di Wu, Shasha Li, Hao Liu, Meng Tian, Yaohui Chen, Michelle Bowie, Seethalakshmi Hariharan, Matthew Waitkus, Stephen T Keir, Eric T Sugarman, Rebecca A Deek, Marilyne Labrie, Mustafa Khasraw, Yiling Lu, Gordon B Mills, Meenhard Herlyn, Kongming Wu, Lunxu Liu, Zhi Wei, Keith T Flaherty, Kalil Abdullah, Gao Zhang, David M Ashley
PMID35247901
发布时间2022-05-13
DOI10.1158/1078-0432.CCR-21-0833

实验完整度

包含体外细胞系筛选、线粒体功能检测、类器官、CDX/PDX体内模型及转录组和蛋白质组机制分析等多层级验证。

主要模型

17种原代人胶质瘤细胞系 6种TMZ耐药胶质瘤细胞系 4种神经球 3种患者来源类器官(PDO) 细胞系来源异种移植(CDX)和患者来源异种移植(PDX)模型

重点核对

Gamitrinib处理浓度(1、2.5、5 μmol/L) 处理时间(72小时至14天) TMZ浓度(250 μmol/L)及联合给药方案 CDX/PDX模型中Gamitrinib给药剂量(10 mg/kg,隔日一次) mtDNA缺失(ρ0)细胞模型的建立及验证

摘要

目的:研究线粒体定位的HSP90抑制剂Gamitrinib在多种胶质瘤模型中的抗肿瘤活性,并阐明Gamitrinib在胶质瘤中的抗肿瘤机制。实验设计:通过细胞活力测定、流式细胞术和结晶紫实验筛选了广泛的原代和替莫唑胺(TMZ)耐药的人胶质瘤细胞系,以研究Gamitrinib的治疗效果。使用Seahorse实验测量胶质瘤细胞的线粒体呼吸。整合分析RNA测序(RNAseq)和反相蛋白质阵列(RPPA)数据以揭示Gamitrinib的潜在抗肿瘤机制。生成神经球、患者来源类器官(PDO)、细胞系来源异种移植(CDX)和患者来源异种移植(PDX)模型以进一步评估Gamitrinib的治疗效果。结果:Gamitrinib在17个原代胶质瘤细胞系、6个TMZ耐药胶质瘤细胞系、4个神经球和3个PDO中抑制细胞增殖并诱导细胞凋亡和死亡。重要的是,在皮下或颅内植入肿瘤的CDX和PDX模型中,Gamitrinib显著延迟肿瘤生长并提高小鼠存活率。RNAseq和RPPA数据的整合计算分析揭示,Gamitrinib通过(i)抑制线粒体生物发生、氧化磷酸化和细胞周期进程以及(ii)激活能量感应AMP激活激酶、DNA损伤和应激反应来发挥其抗肿瘤活性。结论:这些临床前发现确立了Gamitrinib在胶质瘤中的治疗作用,并揭示抑制线粒体生物发生和肿瘤生物能量学是胶质瘤的主要抗肿瘤机制。

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
Gamitrinib在胶质瘤中是否具有抗肿瘤活性,其抗肿瘤机制是什么?
核心机制
Gamitrinib通过抑制线粒体生物发生和肿瘤生物能量学(包括氧化磷酸化)、阻断细胞周期进程并诱导DNA损伤来发挥抗肿瘤作用。
主要证据
通过体外细胞活力、凋亡检测、神经球、PDO及CDX/PDX体内模型,结合RNAseq和RPPA整合分析,显示Gamitrinib抑制线粒体生物发生和氧化磷酸化,激活AMPK和DNA损伤反应。
研究意义
为Gamitrinib作为胶质瘤治疗药物提供临床前依据,支持其进入临床试验,为原发性和复发性胶质瘤患者提供新的治疗策略。

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

体外抗肿瘤活性筛选

评估Gamitrinib对胶质瘤细胞系的治疗潜力

在17种原代和6种TMZ耐药胶质瘤细胞系中,通过细胞活力测定(CCK-8)、流式细胞术(PSVue 643/PI染色)、结晶紫染色和细胞增殖(Ki67免疫荧光)检测Gamitrinib的效果。

2

线粒体功能检测

验证Gamitrinib对线粒体呼吸的影响

使用Seahorse XF96分析仪测量胶质瘤细胞在Gamitrinib处理后的线粒体耗氧率(OCR),并检测线粒体DNA拷贝数和OXPHOS蛋白表达。

3

机制解析

揭示Gamitrinib的抗肿瘤分子机制

对Gamitrinib处理的胶质瘤细胞进行RNAseq和RPPA分析,整合差异表达基因和蛋白质,识别受影响的信号通路,并通过Western blot验证关键蛋白变化。

4

类器官实验

在患者来源类器官中验证Gamitrinib的疗效

生成3种GBM PDO,用Gamitrinib(2.5、5 μmol/L)和/或放疗(10 Gy)处理6天,检测Ki67表达和OXPHOS蛋白/mRNA水平。

5

体内疗效评估

在异种移植模型中评估Gamitrinib的抗肿瘤效果

建立皮下和颅内CDX(U87MG)和PDX(#823)模型,腹腔注射Gamitrinib(10 mg/kg)或联合TMZ(30 mg/kg),监测肿瘤生长和生存期。

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Thermo Fisher Scientific11995073
胎牛血清HycloneSH30071.03
星形胶质细胞生长培养基Sigma821-500
细胞计数试剂盒-8APEBIOK1018
PSVue 643染料Molecular Targeting TechnologiesP-1006
碘化丙啶Alfa Aesar25535-16-4
CellTrace Violet染料Thermo Fisher ScientificC34557
Ki67抗体Cell Signaling Technology11882
DAPICell Signaling Technology8961
RIPA裂解液Thermo Fisher Scientific89900
蛋白酶抑制剂Thermo Fisher Scientific78440
NuPage Bis-Tris凝胶Thermo Fisher ScientificNP0336
PVDF膜Bio-Rad1620264
牛血清白蛋白Sigma-AldrichA7906-100G
ECL底物Thermo Fisher Scientific34080
PARP抗体Cell Signaling Technology9532
Rb抗体Cell Signaling Technology9309
pRb Ser807/811抗体Cell Signaling Technology8516
γH2AX抗体Cell Signaling Technology9718
TFAM抗体Cell Signaling Technology8076
AMPKα抗体Cell Signaling Technology5831
pAMPKα Thr172抗体Cell Signaling Technology2535
ERRα抗体Cell Signaling Technology13826
VDAC抗体Cell Signaling Technology4661
PHB1抗体Cell Signaling Technology2426
HSP60抗体Cell Signaling Technology12165
NRF2抗体Cell Signaling Technology12721
SDHA抗体Cell Signaling Technology11998
β-actin抗体Cell Signaling Technology12620
抗兔IgG-HRP二抗Cell Signaling Technology7074
抗小鼠IgG-HRP二抗Cell Signaling Technology7076
PGC1α抗体Proteintech66369
UQCRC1抗体Proteintech21705
ATP5A1抗体Proteintech14676
COXIV抗体Proteintech11242
NDUFB8抗体Proteintech14794
TUFM抗体Proteintech26730
miRNeasy小型试剂盒Qiagen217004
cDNA合成试剂盒Thermo Fisher ScientificK1651
Fast SYBR Green 预混液Thermo Fisher Scientific4385610
DNA小型试剂盒Qiagen51304
胰蛋白酶-EDTAGibco25200072
磷酸盐缓冲液Gibco10010-023
StemCell Technologies 神经基础培养基Stemcell Technologies5751
人表皮生长因子Stemcell Technologies78006
人碱性成纤维细胞生长因子Stemcell Technologies78003
肝素Stemcell Technologies7980
Accutase 细胞分离液VWR490007-741
活/死细胞活力检测试剂盒Sigma-AldrichCBA415
Seahorse XF96 检测板Agilent--
MitoTracker Green FM 染料Cell Signaling Technology9074
蛋白酶抑制剂Sigma-Aldrich11836153001
磷酸酶抑制剂Sigma-Aldrich04906845001
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific10296028
RNeasy小型试剂盒Qiagen74104
DNeasy血液和组织试剂盒Qiagen69504
GamitrinibMedChemExpressHY-102007A
替莫唑胺MilliporeSigma14163
溴化乙锭MilliporeSigmaE1385
苯乙双胍MilliporeSigmaP7045
IACS-010759MedKoo Biosciences407917
尿苷Cayman Chemical20300
17-AGGCayman Chemical11039
Bio-Rad成像系统Bio-Rad--
ECHO Revolve显微镜ECHO--

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
细胞培养
细胞系来源、培养基和添加剂(如生长因子)
阅读提示:Materials and Methods - Cell lines
药物处理
药物浓度和处理时间(如Gamitrinib 0-5 μmol/L,处理72小时或8-14天)
阅读提示:Results 和 Figure legends
细胞活力检测
细胞密度、CCK-8试剂添加量和孵育时间
阅读提示:Materials and Methods - Cell viability assay
凋亡和死亡检测
染料浓度(PSVue 643 5 μmol/L,PI 10 μg/mL)和染色时间
阅读提示:Materials and Methods - Apoptosis and cell death assay
线粒体功能检测
Seahorse检测所用细胞数、药物处理时间和检测程序
阅读提示:Materials and Methods - Seahorse assay
体内实验
动物品系、性别、年龄、肿瘤细胞接种量和给药方案
阅读提示:Materials and Methods - CDX and PDX models