平滑肌肉瘤的临床前建模揭示其对转录CDK抑制剂的敏感性,通过拮抗E2F驱动的致癌基因表达实现

Preclinical Modeling of Leiomyosarcoma Identifies Susceptibility to Transcriptional CDK Inhibitors through Antagonism of E2F-Driven Oncogenic Gene Expression

作者信息Matthew L Hemming, Patrick Bhola, Michael A Loycano, Justin A Anderson, Madeleine L Taddei, Leona A Doyle, Elizaveta Lavrova, Jessica L Andersen, Kelly S Klega, Morgan R Benson, Brian D Crompton, Chandrajit P Raut, Suzanne George, Anthony Letai, George D Demetri, Ewa Sicinska
PMID35325095
发布时间2022-06-01
DOI10.1158/1078-0432.CCR-21-3523

实验完整度

研究包含PDX模型建立与表征(组织学、基因组、转录组)、体外功能验证(HT-DBP、细胞色素c释放实验)及体内疗效验证(药物处理PDX),并具有机制验证(RNA-seq GSEA分析)。

主要模型

LMS患者来源异种移植(PDX)模型 LMS33和LMS4 PDX LMS患者手术样本

重点核对

PDX模型的肿瘤植入成功率为35%(17/49),且与有丝分裂率和肿瘤分级相关 药物处理:berzosertib 60 mg/kg口服,linsitinib 50 mg/kg口服,flavopiridol 7.5 mg/kg腹腔注射,YKL-5-124 2.5 mg/kg腹腔注射,均为每周5天 处理时长:药效实验为21天,评估flavopiridol的3天,评估YKL-5-124的5天 对照组:使用载体(vehicle)处理,部分实验使用DMSO、阿霉素和navitoclax作为对照 体内实验样本量:每个处理组的小鼠数量在图表和图例中指明,例如LMS33的flavopiridol组n=6,对照组n=7

摘要

目的:平滑肌肉瘤(LMS)是一种以平滑肌分化为特征、伴有复杂拷贝数改变、肿瘤抑制基因缺失且缺乏复发性驱动突变的肿瘤。晚期疾病的临床治疗依赖经验性细胞毒性化疗,疗效有限,迫切需要基于LMS生物学临床前研究支持的新型靶向治疗。已建立的LMS细胞系与其间充质肿瘤起源的保真度不足,限制了对该疾病的转化理解,且其他临床前模型很少。在此,我们表征了LMS患者来源异种移植(PDX)模型,评估其与原始肿瘤的保真度,并进行候选疗法的临床前评估。实验设计:我们将49个LMS手术标本植入免疫缺陷小鼠。对移植生长的肿瘤进行组织学、靶向二代测序、RNA-seq和超低通量全基因组测序表征。基于先前的通路激活证据或高通量动态BH3 profiling选择候选疗法。结果:我们表明LMS PDX在多次异种移植传代中保持其亲本肿瘤的组织学外观、拷贝数改变和转录程序。转录水平上,LMS PDX与配对的LMS患者来源样本共同聚类,主要差异在于宿主相关的免疫和微环境特征。我们确定了LMS PDX对转录CDK抑制的敏感性,该抑制破坏E2F驱动的致癌转录程序并抑制肿瘤生长。结论:我们的结果确立了LMS PDX作为有价值的临床前模型,并确定了发现该疾病新脆弱性的策略。这些数据支持转录CDK抑制剂作为LMS患者治疗策略的临床评估。

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
LMS缺乏可靠的临床前模型,本研究旨在建立并验证LMS PDX模型,并发现新的治疗靶点。
核心机制
转录CDK抑制剂通过抑制E2F驱动的致癌转录程序,减少E2F1及其协作因子的表达,从而抑制细胞周期和肿瘤生长。
主要证据
研究发现LMS PDX在组织学、拷贝数改变和转录程序上忠实于亲本肿瘤;HT-DBP筛选出转录CDK抑制剂;体内实验显示flavopiridol和YKL-5-124显著抑制LMS33和LMS4肿瘤生长;RNA-seq显示YKL-5-124处理降低E2F靶标和细胞周期相关基因表达。
研究意义
该研究为LMS提供了高保真的临床前模型,并确定转录CDK抑制剂,特别是CDK7抑制剂,作为LMS患者的潜在治疗策略,支持其临床评估。

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

LMS PDX模型建立

建立并验证能够忠实反映人LMS特征的临床前模型。

将49个LMS手术样本植入免疫缺陷小鼠,成功建立17个PDX系,并进行组织学、拷贝数改变、转录组分析。

2

PDX保真度评估

评估PDX在组织学、拷贝数改变和转录程序上是否与亲本肿瘤保持一致。

通过组织学染色(H&E, SMA, desmin)、超低通量全基因组测序(ULP-WGS)、RNA-seq和聚类分析等方法比较PDX与亲本肿瘤。

3

靶向治疗候选药物的临床前测试

测试根据基因组和转录组特征选择的靶向药物(ATR抑制剂和IGF1R抑制剂)在PDX中的抗癌活性。

对LMS33(ATRX双等位失活)用berzosertib(ATR抑制剂)治疗21天;对LMS20(IGF1R高表达)用linsitinib(IGF1R抑制剂)治疗21天。

4

高通量动态BH3 profiling筛选

通过HT-DBP筛选LMS PDX和患者样本中诱导凋亡的药物,识别新的治疗脆弱性。

使用HT-DBP平台对4个LMS PDX和2个患者样本进行35种化合物筛选,检测凋亡启动变化;随后对LMS33进行CDK抑制剂验证,检测细胞色素c释放。

5

体内药效验证

验证转录CDK抑制剂在体内对LMS肿瘤生长的抑制作用。

对LMS33 PDX小鼠用flavopiridol(7.5 mg/kg i.p.,每周5天,21天)治疗;对LMS4和LMS33 PDX小鼠用YKL-5-124(2.5 mg/kg i.p.,每周5天,21天)治疗。

6

机制研究:转录组分析

探究转录CDK抑制剂(YKL-5-124)对LMS肿瘤转录程序的影响。

对LMS33 PDX小鼠用YKL-5-124或vehicle处理5天,4小时后取肿瘤进行RNA-seq,进行GSEA分析。

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
17β-雌二醇缓释片Innovative Research of AmericaNE-121
贝佐替尼Medchem ExpressHY-13902
林西替尼LC LaboratoriesL5814
夫拉平度Selleck ChemicalsS1230
YKL-5-124Selleck ChemicalsS8863
平滑肌肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology19245
结蛋白抗体Thermo Fisher ScientificMA5-33065
Ki-67抗体Cell Signaling Technology9027
cleaved caspase-3抗体Cell Signaling Technology9579
HRP标记二抗Cell Signaling Technology8114
DAB底物试剂盒Cell Signaling Technology8059
NovaRed底物试剂盒Vector LaboratoriesSK-4800
RNAscope探针 - Hs-IGF1RAdvanced Cell Diagnostics415811
RNAscope 2.5 HD检测试剂盒Advanced Cell Diagnostics322300
Quant-iT PicoGreen dsDNA检测试剂盒Thermo Fisher ScientificP7589
QIAamp循环核酸提取试剂盒Qiagen55114
AMPure XP磁珠Beckman CoulterA63881
Covaris超声破碎仪Covaris--
KAPA Hyper文库制备试剂盒Kapa BiosystemsKK8500
MiSeq Nano流动槽Illumina--
HiSeq 2500测序仪Illumina--
RNeasy Plus试剂盒Qiagen74136
NEBNext Ultra II DNA文库制备试剂盒New England BiolabsE7645S
NextSeq 500测序仪Illumina--
NovaSeq 6000测序仪Illumina--
胶原酶4Life Technologies17104019
透明质酸酶Worthington Biochemical CorporationLS002594
胶原包被384孔板Corning354667
HPD300数字药物分配器Hewlett Packard and Tecan--
BioTek 406EL洗板机BioTek--
Thermo Multidrop Combi分液器Thermo Fisher Scientific--
Hoechst 33342染料InvitrogenH3570
细胞色素c-Alexa Fluor 647抗体BioLegend612310
IXM XLS高内涵宽场显微镜Molecular Devices--
GraphPad Prism----

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
PDX建立
肿瘤样本来源、小鼠品系(约6周龄雌性裸鼠)、植入方式(皮下)、雌激素补充条件(LMS7和LMS29)
阅读提示:Materials and Methods: Xenograft Models
药物处理
药物剂量、给药途径(口服或腹腔)、给药频率(每周5天)、处理时长(21天或特定时长)、溶剂配方
阅读提示:Materials and Methods: Drug Administration
HT-DBP筛选
细胞解离条件、培养时间(24小时)、药物浓度、BH3肽浓度、对照组(DMSO、navitoclax、doxorubicin)
阅读提示:Materials and Methods: High-Throughput Dynamic BH3 Profiling
转录组分析
处理时长(5天)、肿瘤收取时间(最后一次给药后4小时)、每组样本量(n=3)、比对和定量方法
阅读提示:Materials and Methods: RNA-seq
免疫组化
抗体稀释度(如Ki-67 1:400, cleaved caspase-3 1:250)、抗原修复方法、染色定量方法
阅读提示:Materials and Methods: Immunohistochemistry and In Situ Hybridization