功能分析识别与癌症风险增加相关的有害CHEK2错义变异

Functional Analysis Identifies Damaging CHEK2 Missense Variants Associated with Increased Cancer Risk

作者信息Rick A C M Boonen, Wouter W Wiegant, Nandi Celosse, Bas Vroling, Stephan Heijl, Zsofia Kote-Jarai, Martina Mijuskovic, Simona Cristea, Nienke Solleveld-Westerink, Tom van Wezel, Niko Beerenwinkel, Rosalind Eeles, Peter Devilee, Maaike P G Vreeswijk, Giancarlo Marra, Haico van Attikum
PMID34903604
发布时间2022-02-15
DOI10.1158/0008-5472.CAN-21-1845

实验完整度

包含mES细胞功能互补实验、FACS定量分析、蛋白稳定性分析、机制验证(自身磷酸化)及人群关联分析,多个独立证据层级。

主要模型

Chek2敲除小鼠胚胎干细胞(mES) DR-GFP报告基因的同源重组修复模型 前列腺癌家族成员样本

重点核对

细胞系:129/Ola E14 IB10小鼠胚胎干细胞(mES),Chek2敲除 检测时间点:电离辐射(10 Gy)后2小时,部分实验评估至6小时 药物处理:博来霉素(phleomycin)浓度2.5 μmol/L,处理2天 对照:空载体、同义变异、截短变异 样本量:每个变异至少两次独立实验,FACS分析平均值±SEM

摘要

种系肿瘤抑制基因检查点激酶2(CHEK2)功能丧失变异的杂合携带者患乳腺癌和其他癌症的风险增加。虽然已知CHEK2截短变异是致病的,但意义不确定的错义变异(VUS)的解释具有挑战性。因此,许多VUS在功能上和临床上仍未分类。在这里,我们描述了一种基于小鼠胚胎干细胞(mES)的系统,用于定量确定50个人类CHEK2错义VUS的功能影响。通过评估人类CHK2在Chek2敲除mES细胞中磷酸化其主要靶标之一Kap1的活性,发现31个CHEK2错义VUS损害蛋白质功能至与截短变异相似的程度,而9个CHEK2错义VUS导致中间功能缺陷。机制上,大多数VUS通过引起蛋白质不稳定或损害通过(自身)磷酸化的激活来损害CHK2激酶功能。定量结果表明,CHK2激酶功能障碍的程度与乳腺癌风险增加相关。有害CHEK2变异作为一组[OR 2.23;95%置信区间(CI),1.62–3.07;P < 0.0001]和中间变异(OR 1.63;95% CI,1.21–2.20;P = 0.0014)均与乳腺癌风险增加相关,而功能变异未显示这种关联(OR 1.13;95% CI,0.87–1.46;P = 0.378)。最后,还鉴定了一个有害的CHEK2 VUS,c.486A>G/p.D162G,它与家族性前列腺癌共分离。总之,这些功能测定有效且可靠地识别了与癌症相关的CHEK2 VUS。

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
CHEK2基因中意义不确定的错义变异是否影响CHK2蛋白功能,并与癌症风险相关?
核心机制
大多数有害VUS通过引起CHK2蛋白不稳定或损害其通过自身磷酸化的激活来损害激酶功能。
主要证据
在Chek2敲除小鼠胚胎干细胞中表达人类CHEK2变异,通过FACS定量检测电离辐射诱导的Kap1 p.S473磷酸化,发现31个VUS损害功能至类似截短变异程度,9个为中间功能,并与乳腺癌风险相关(有害变异OR 2.23)。
研究意义
该功能测定能可靠识别与癌症风险相关的CHEK2 VUS,可能有助于患者和携带者的临床管理。

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

建立Chek2敲除mES细胞模型

获得内源Chek2缺失的细胞系统,用于表达人类CHEK2变异并评估其功能。

使用CRISPR/Cas9技术在小鼠胚胎干细胞中敲除内源Chek2基因,通过TIDE和Western blot验证敲除效果。

2

构建人类CHEK2变异表达系统

通过RMCE将野生型和变异型人类CHEK2 cDNA整合到Chek2敲除细胞中,实现稳定表达。

将人类CHEK2 cDNA克隆到RMCE载体,通过位点特异性重组整合到Rosa26位点,抗生素筛选后混合克隆。

3

验证功能互补系统

验证野生型人类CHEK2能否挽救Chek2敲除细胞中IR诱导的Kap1磷酸化缺陷。

通过Western blot和FACS检测IR(10 Gy)后Kap1 p.S473磷酸化水平,比较野生型、敲除和互补细胞。

4

功能分类CHEK2变异

定量评估50个错义VUS对CHK2激酶活性的影响,并依据阈值分类为功能性、中间或有害。

在Chek2敲除细胞中表达各变异,IR后2小时通过FACS定量磷酸化Kap1 p.S473水平,并与野生型和截短变异比较。

5

关联功能缺陷与癌症风险

评估CHK2功能缺陷程度与乳腺癌风险的相关性。

基于BRIDGES联盟和BCAC的病例对照数据,对功能分类的变异进行负担型关联分析,计算OR值。

6

鉴定前列腺癌相关变异

在一个家族性前列腺癌家系中鉴定与疾病共分离的CHEK2变异。

对三名患前列腺癌的兄弟及其四名儿子进行外显子组测序,寻找候选变异,并在肿瘤组织中评估LOH。

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
KO DMEMGibco21710-025
非必需氨基酸Gibco11140-035
N2补充剂Gibco17502-048
牛血清白蛋白Gibco15260-037
Neurobasal培养基Gibco21103-049
B27补充剂Gibco17504-044
L-谷氨酰胺Gibco25030-024
青霉素/链霉素Gibco15070063
白血病抑制因子MilliporeESG1107
CHIRAxon Medchem1386
PDAxon Medchem1408
pBudCE4.1载体Thermo Fisher ScientificV53220
抗CHK2抗体BD Biosciences611571
抗磷酸化CHK2 p.T383抗体Abcam59408
抗Kap1抗体Abcam10484
抗磷酸化Kap1 p.S473抗体BioLegend654102
抗p53抗体Cell Signaling Technology2524
抗p21抗体Santa Cruz Biotechnologysc-397
抗α-微管蛋白抗体SigmaT6199
SuperSignal West Femto最大灵敏度底物Thermo Fisher Scientific34095
ECL Prime Western印迹检测试剂MerckRPN2232
Amersham Imager 600成像仪GE Healthcare Life Sciences--
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher Scientific--
博来霉素InvivoGenant-ph-2p
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596026
RQ1无RNase DNasePromegaM6101
SuperScript IV逆转录酶Thermo Fisher Scientific18090050
GoTaq qPCR预混液PromegaA6002
CFX384实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
Alexa-488标记山羊抗小鼠二抗Thermo Fisher ScientificA-21424
Alexa-647标记山羊抗小鼠二抗Thermo Fisher ScientificA-21235
Fortessa1流式细胞仪BD Biosciences--
SNP6微阵列Affymetrix--
Agilent SureSelect人类全部外显子V5+UTRsAgilent--
Qubit双链DNA高灵敏度检测试剂盒InvitrogenQ32851
定制Ampliseq HDR15v1面板Thermo Fisher Scientific--

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
细胞培养和Chek2敲除
mES细胞系来源、培养基成分及补加物、Chek2敲除方法(gRNA序列)、敲除验证
阅读提示:Materials and Methods: Cell lines and cell culture conditions; Generation of Chek2KO mES cells
变异表达和功能分析
RMCE整合流程、变异表达载体、细胞筛选方法、IR剂量和时间点、FACS门控策略
阅读提示:Materials and Methods: Cloning and generation of human CHEK2 variants; Western blot analysis; Flow cytometry (FACS) analysis; Results: A cell-based functional assay for CHEK2 variants
疾病关联分析
病例对照数据来源、变异分组标准、统计模型
阅读提示:Results: Association of CHK2 functional defects with breast cancer risk; Table 2