NOTCH缺失揭示小细胞肺癌中RUNX2依赖性通路

Plasticity in the Absence of NOTCH Uncovers a RUNX2-Dependent Pathway in Small Cell Lung Cancer

作者信息Deli Hong, Erik H Knelson, Yixiang Li, Yavuz T Durmaz, Wenhua Gao, Emily Walton, Amir Vajdi, Tran Thai, Maura Sticco-Ivins, Amin H Sabet, Kristen L Jones, Anna C Schinzel, Rod T Bronson, Quang-De Nguyen, Michael Y Tolstorukov, Marina Vivero, Sabina Signoretti, David A Barbie, Matthew G Oser
PMID34810201
发布时间2022-01-15
DOI10.1158/0008-5472.CAN-21-1991

实验完整度

包含CRISPR GEMM体内实验、细胞系体外实验、RNA-seq及GSEA分析、CRISPR功能验证等,涵盖肿瘤发生、表型、机制及免疫应答多个层面。

主要模型

LSL-Cas9小鼠SCLC模型 原代SCLC细胞系(悬液与贴壁亚群) 人SCLC细胞系NCI-H1694、CORL47

重点核对

Notch1或Notch2基因敲除对SCLC肿瘤发生的影响(基因编辑效率及肿瘤生长监测) Notch突变细胞系中非神经内分泌亚群的形成及HES1、REST、RUNX2的表达 STING激动剂ADU-S100对Notch2突变贴壁细胞的增殖抑制及CXCL10诱导 Runx2或Rest敲除对神经内分泌-非神经内分泌可塑性的影响

摘要

Neuroendocrine to nonneuroendocrine plasticity supports small cell lung cancer (SCLC) tumorigenesis and promotes immunogenicity. Approximately 20% to 25% of SCLCs harbor loss-of-function (LOF) NOTCH mutations. Previous studies demonstrated that NOTCH functions as a SCLC tumor suppressor, but can also drive nonneuroendocrine plasticity to support SCLC growth. Given the dual functionality of NOTCH, it is not understood why SCLCs select for LOF NOTCH mutations and how these mutations affect SCLC tumorigenesis. In a CRISPR-based genetically engineered mouse model of SCLC, genetic loss of Notch1 or Notch2 modestly accelerated SCLC tumorigenesis. Interestingly, Notch-mutant SCLCs still formed nonneuroendocrine subpopulations, and these Notch-independent, nonneuroendocrine subpopulations were driven by Runx2-mediated regulation of Rest. Notch2-mutant nonneuroendocrine cells highly express innate immune signaling genes including stimulator of interferon genes (STING) and were sensitive to STING agonists. This work identifies a Notch-independent mechanism to promote nonneuroendocrine plasticity and suggests that therapeutic approaches to activate STING could be selectively beneficial for SCLCs with NOTCH2 mutations. SIGNIFICANCE: A genetically engineered mouse model of NOTCH-mutant SCLC reveals that nonneuroendocrine plasticity persists in the absence of NOTCH, driven by a RUNX2-REST-dependent pathway and innate immune signaling.

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
为何SCLC选择NOTCH功能缺失突变,以及这些突变如何影响SCLC肿瘤发生。
核心机制
Notch缺失后,非神经内分泌可塑性由Runx2介导的Rest调控驱动,且Notch2突变细胞中STING信号通路激活。
主要证据
CRISPR GEMM中Notch1/2缺失加速肿瘤发生;Notch突变细胞系中非神经内分泌亚群形成,Runx2敲除降低REST并抑制可塑性;Notch2突变贴壁细胞对STING激动剂敏感,且STING高表达。
研究意义
该研究揭示Notch非依赖的可塑性机制,提示STING激动剂可能对NOTCH2突变的SCLC患者有选择性获益。

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

生成Notch突变SCLC小鼠模型

研究Notch1或Notch2缺失对SCLC肿瘤发生的影响

通过CRISPR/Cas9基因编辑技术,在LSL-Cas9小鼠中气管内注射编码Cre和sgRNA的腺病毒,同时敲除Rb1、Trp53、Rbl2及Notch1或Notch2,监测肿瘤形成和生存期。

2

分析肿瘤转录组变化

明确Notch缺失引起的转录组改变

对Notch突变和对照肿瘤进行RNA-seq,并利用GSEA分析富集通路。

3

评估Notch突变对非神经内分泌可塑性的影响

探究Notch缺失是否影响非神经内分泌亚群的形成及其分子特征

从肿瘤中分离原代细胞,建立悬液和贴壁细胞系,通过免疫印迹和RT-qPCR检测HES1、REST等表达。

4

验证RUNX2在可塑性中的功能

验证RUNX2对REST表达及非神经内分泌可塑性的必要性

在K93(Notch-WT)和K60(Notch2-Mutant)细胞中通过CRISPR敲除Runx2或Rest,观察贴壁细胞形成。

5

评估STING通路激活

检测Notch突变细胞对STING激动剂的敏感性

用STING激动剂ADU-S100处理贴壁细胞,检测CXCL10分泌和细胞增殖。

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/F12培养基----
RPMI-1640培养基----
胎牛血清Gemini--
青霉素-链霉素----
氢化可的松Sigma AldrichH0135
胰岛素-转铁蛋白-硒Gemini400-145
β-雌二醇Sigma AldrichE2257
Bambanker冷冻培养基Bulldog Bio--
支原体检测试剂盒LonzaLT07-218
多西环素Sigma--
Compound E(γ-分泌酶抑制剂)EMD Millipore565790
ADU-S100(STING激动剂)ChemieTekCT-ADU-S100
2'3'-环鸟苷酸-腺苷酸InvivoGentlrl-nacga23
pAd/PL载体InvitrogenV494-20
PacI限制性内切酶New England Biolabs--
Lipofectamine 2000转染试剂----
Virabind腺病毒纯化试剂盒Cell BiolabsVPK-100
QuickTiter腺病毒定量试剂盒Cell BiolabsVPK106
22号1英寸导管ThermoFisher Scientific1484120
胶原酶/透明质酸酶Stem cell biology07912
分散酶Corning354235
70μm细胞筛网BD352350
超低吸附培养皿Corning3471
RNeasy小提试剂盒Qiagen--
NEBNext Ultra II非链特异性试剂盒New England Biolabs--
NovaSeq6000测序仪Illumina--
Vi-Cell XR细胞计数仪Beckman Coulter--
小鼠CXCL10 ELISA试剂盒R&D SystemsDY466
抗Ascl1抗体----
抗Notch1抗体----
抗Notch2抗体----
抗Hes1抗体----
抗Rest抗体----
抗Runx2抗体----
抗STING抗体----
抗STAT1抗体----
抗磷酸化STAT1抗体----

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
SCLC肿瘤模型的生成
小鼠品系、年龄、气管内注射的腺病毒滴度及体积
阅读提示:Materials and Methods: Mouse Experiments, Intratracheal Injections; Figure 1A, D
原代细胞系建立与贴壁诱导
贴壁培养的细胞密度、培养时间、培养基成分
阅读提示:Methods: Generation of cell lines from mouse SCLC tumors; Mouse SCLC Attachment Assays
Runx2/Rest敲除实验
细胞系(K93和K60)、sgRNA序列、感染和筛选方法、培养时间
阅读提示:Methods: Runx2 Rest sgRNA Attachment Experiments; Figure 6E-J
STING激动剂处理
细胞类型、ADU-S100和2'3'-cGAMP的浓度、处理时间、检测指标(CXCL10,增殖)
阅读提示:Methods: STING Agonist Experiments; Figure 5J-K
转录组分析
样本类型和数量(肿瘤或细胞)、RNA提取方法、文库构建试剂盒、测序平台和比对软件
阅读提示:Methods: RNA-Sequencing; Figure 3A, 5A