羟基喹啉类似物YUM70抑制GRP78诱导胰腺癌内质网应激介导的细胞凋亡

The Hydroxyquinoline Analogue YUM70 Inhibits GRP78 to Induce ER Stress-Mediated Apoptosis in Pancreatic Cancer

作者信息Soma Samanta, Suhui Yang, Bikash Debnath, Ding Xue, Yuting Kuang, Kavya Ramkumar, Amy S Lee, Mats Ljungman, Nouri Neamati
PMID33531374
发布时间2021-04
DOI10.1158/0008-5472.CAN-20-1540

实验完整度

包含体外细胞活力与3D球体实验、Bru-seq转录组分析、Western blot验证、ATPase活性与热位移实验、免疫共沉淀、PROTAC降解实验、异种移植模型体内疗效及组合协同实验等多层次验证。

主要模型

MIA PaCa-2、PANC-1、BxPC-3胰腺癌细胞系 UM59患者来源胰腺癌细胞系 HPNE正常胰腺细胞 MIA PaCa-2异种移植裸鼠模型

重点核对

YUM70在胰腺癌细胞中的IC50值 YUM70对GRP78 ATPase活性的抑制浓度 YUM70与GRP78的结合及靶点验证 YUM70在异种移植模型中的给药剂量(30 mg/kg)和频率 YUM70与拓扑替康、伏立诺他联合用药的协同指数

摘要

GRP78(葡萄糖调节蛋白,78 kDa)是内质网(ER)应激信号传导的关键调节因子。癌细胞高度增殖,对蛋白质合成和折叠有高需求,这导致ER承受显著应激。为应对ER应激并维持细胞稳态,细胞激活未折叠蛋白反应(UPR),其促进生存或凋亡性死亡。癌细胞利用UPR促进生存和生长。在本研究中,我们描述了一系列新型羟基喹啉GRP78抑制剂的发现。一个代表性类似物YUM70在体外抑制胰腺癌细胞生长,并在胰腺癌异种移植模型中显示出体内功效,且对正常组织无毒性。YUM70直接结合GRP78并使其功能失活,导致ER应激介导的细胞凋亡。一个YUM70类似物与BODIPY偶联显示化合物与GRP78在ER中共定位。此外,合成了YUM70-PROTAC(蛋白水解靶向嵌合体)以强制降解胰腺癌细胞中的GRP78。YUM70与拓扑替康和伏立诺他显示出强烈的协同细胞毒性。总之,我们的研究表明YUM70是一种新型ER应激诱导剂,作为单药或与拓扑异构酶和HDAC抑制剂联合用于胰腺癌具有临床前疗效。

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
新颖的羟基喹啉类似物YUM70是否通过抑制GRP78诱导内质网应激介导的胰腺癌细胞凋亡,并评估其体内外抗肿瘤效果及联合用药潜力。
核心机制
YUM70直接结合GRP78的底物结合域并抑制其ATPase活性,导致GRP78与PERK和IRE1α分离,激活UPR,促进eIF2α磷酸化,上调ATF4和CHOP,进而诱导内质网应激介导的细胞凋亡。
主要证据
热位移分析和CETSA显示YUM70结合GRP78;ATPase实验显示YUM70抑制GRP78酶活性;免疫共沉淀显示YUM70降低GRP78与PERK和IRE1α的相互作用;Western blot和Bru-seq显示YUM70上调UPR和凋亡相关基因;异种移植模型显示YUM70抑制肿瘤生长且无明显毒性。
研究意义
研究表明YUM70是一种新型ER应激诱导剂,可单药或与拓扑替康和伏立诺他联合用于胰腺癌治疗,并强调GRP78是治疗KRAS突变胰腺癌的有前景靶点。

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

体外细胞毒性筛选

评估YUM70对胰腺癌细胞系和正常细胞的细胞毒性。

使用MTT法检测YUM70对多种胰腺癌细胞系(MIA PaCa-2, PANC-1, BxPC-3, UM59)和正常胰腺细胞(HPNE)的细胞活力,计算IC50值。

2

3D球体实验

在3D培养模型中验证YUM70对肿瘤球体的生长抑制作用。

将PANC-1和UM59细胞在U型底96孔板中培养形成球体,用YUM70处理,测量球体大小和细胞活力。

3

转录组分析(Bru-seq)

识别YUM70处理后的转录变化,揭示内质网应激相关通路。

用YUM70 (5 μM)处理MIA PaCa-2细胞24小时,提取新生RNA进行测序,分析差异表达基因和通路富集。

4

验证GRP78靶点结合

确认YUM70直接与GRP78结合并抑制其活性。

采用热位移实验测定YUM70对纯化GRP78熔解温度的影响,通过CETSA检测细胞内靶点结合,并用ATPase实验测定酶活性抑制。

5

验证ER应激介导的凋亡

评估YUM70是否通过ER应激诱导凋亡。

用Western blot检测UPR和凋亡蛋白表达(如CHOP、ATF4、p-eIF2α、cleaved PARP、cleaved caspase 3),并用caspase-3/7活性实验、Annexin V-FITC实验确认凋亡。

6

体内异种移植实验

评估YUM70在体内的抗肿瘤作用和安全性。

将MIA PaCa-2细胞皮下注射到裸鼠,当肿瘤体积达50 mm³时分组,腹腔注射YUM70或对照,每周5次,监测肿瘤体积和体重,结束后取肿瘤和主要器官进行IHC和H&E染色。

7

药物联合实验

探索YUM70与现有抗肿瘤药物的协同效应。

用克隆形成实验检测YUM70与拓扑替康、伏立诺他等药物联合对MIA PaCa-2细胞存活的影响,并计算组合指数。

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
二甲基亚砜SigmaD2438
衣霉素Cayman Chemicals11445
拓扑替康SelleckchemS1231
伏立诺他LC LaboratoriesV-8477
MG132Cayman10012628
CellTracker™ 绿色CMFDA染料Thermo Fisher ScientificC2925
内质网红色荧光探针InvitrogenE34250
M-PER哺乳动物蛋白提取试剂Thermo Fisher Scientific78503
BCA蛋白检测试剂盒Thermo Fisher Scientific--
肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology4970S
CHOP抗体Cell Signaling Technology2895S
cleaved PARP抗体Cell Signaling Technology5625
p-eIF2α抗体Cell Signaling Technology9721
cleaved caspase 3抗体Cell Signaling Technology9664
caspase 3抗体Cell Signaling Technology14220
PARP抗体Cell Signaling Technology9542
PERK抗体Cell Signaling Technology5683P
IRE1α抗体Cell Signaling Technology3294
GRP78抗体Santa Cruz/ProteintechSC13968/PA519503
CHAC-1抗体GenTexGTX120775
DDIT4抗体Thermo Fisher ScientificPA5-13253
FAM129A抗体SigmaSAB4300570
UPP1抗体SigmaSAB1402388
ATF4抗体Proteintech10835-1-AP
Hoechst染料Invitrogen33342
ProLong™Gold抗淬灭封片剂Thermo Fisher Scientific--
胶原蛋白Stemcell Technologies--
CellTiter-Glo® 3D细胞活力检测试剂盒PromegaG9683
ADP-Glo™激酶检测试剂盒PromegaV6930
1,8-ANS荧光探针----
Veriti热循环仪Applied Biosystems--
Annexin V-FITC凋亡检测试剂盒BD Pharmigen556547
Bio-Rad ZE5流式细胞分析仪Bio-Rad--
多功能酶标仪 (Synergy H1)BioTek--
Odyssey成像系统LI-COR Biosciences--
PlasmoTest™支原体检测试剂盒InvivoGenrep-pt1

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(MIA PaCa-2, PANC-1, BxPC-3, HPNE等)的培养基和FBS浓度
阅读提示:Materials and Methods: Cell lines and culture conditions
细胞活力测定
YUM70处理浓度、时间、细胞数和MTT试剂盒
阅读提示:Figure 1 legend; Materials and Methods
3D球体实验
细胞接种数、胶原浓度、处理时间、CellTiter-Glo® 3D检测步骤
阅读提示:Materials and Methods: 3D spheroid assay
Bru-seq
YUM70浓度(5 μM)、处理时间(24小时)、Bru标记浓度及时间
阅读提示:Materials and Methods: Bru-seq
靶点结合实验
YUM70和对照化合物浓度,热位移实验的温度范围,CETSA加热温度和时间
阅读提示:Materials and Methods: Thermal shift assay, CETSA
Western blot
YUM70处理浓度和时间,抗体信息和稀释比例
阅读提示:Materials and Methods: Western blot, Figure legends 2 and 3
凋亡检测
YUM70处理浓度和时间,caspase 3/7试剂盒和Annexin V-FITC试剂盒使用
阅读提示:Materials and Methods: Caspase activity assay, Annexin V-FITC assay
异种移植实验
细胞注射数量、动物品系、给药剂量、频率、给药途径、对照组组成
阅读提示:Materials and Methods: Xenograft study, Figure 5 legend