质膜通道TRPM4介导免疫原性治疗诱导的坏死

Plasma Membrane Channel TRPM4 Mediates Immunogenic Therapy-Induced Necrosis

作者信息Santanu Ghosh, Rachel Yang, Darjan Duraki, Junyao Zhu, Ji Eun Kim, Musarrat Jabeen, Chengjian Mao, Xinyi Dai, Mara R Livezey, Matthew W Boudreau, Ben H Park, Erik R Nelson, Paul J Hergenrother, David J Shapiro
PMID37522838
发布时间2023-09-15
DOI10.1158/0008-5472.CAN-23-0157

实验完整度

包含全基因组CRISPR筛选、体外细胞系功能验证、类器官实验、小鼠异种移植瘤模型以及机制研究等多个独立证据层级。

主要模型

人乳腺癌细胞系(T47D, MCF-7, TYS, MYS) 人卵巢癌细胞系(Caov-3, PEO4) 人肾癌细胞系(A498) 小鼠原位异种移植瘤模型(MYS-Luc, MYTKO-Luc)

重点核对

TRPM4的表达水平与细胞对ErSO的敏感性相关 TRPM4敲除完全阻断ErSO诱导的细胞死亡 TRPM4介导ErSO诱导的钠内流和细胞肿胀 TRPM4敲除废除ErSO诱导的肿瘤消退 TRPM4敲除阻断DAMP释放和免疫细胞激活

摘要

几种新兴疗法主要通过诱导坏死来杀死癌细胞。由于坏死能激活免疫细胞,揭示抗癌治疗诱导坏死的分子驱动因素可能为增强免疫治疗效果提供方法。为了鉴定坏死相关基因,我们进行了一项全基因组CRISPR-Cas9筛选,针对诱导坏死的临床前药物BHPI进行负向选择,并使用ErSO进行了后续实验。筛选鉴定出瞬时受体电位M亚型4(TRPM4),这是一种钙激活、ATP抑制、钠选择性的质膜通道。对BHPI和ErSO产生耐药性的癌细胞表现出TRPM4的显著下调,而TRPM4的重新表达恢复了对ErSO的敏感性。值得注意的是,TRPM4敲除消除了ErSO诱导的小鼠乳腺肿瘤消退。支持TRPM4在坏死中的广泛作用,TRPM4敲除逆转了由其他四种不同的诱导坏死的癌症疗法诱导的细胞死亡。ErSO诱导了预期性未折叠蛋白反应(a-UPR)过度激活、长期坏死性细胞死亡以及损伤相关分子模式(DAMPs)的释放,这些DAMPs激活了巨噬细胞并增加了单核细胞迁移,所有这些都被TRPM4敲除所消除。此外,TRPM4的缺失抑制了ErSO诱导的细胞体积增加和ATP耗竭。这些数据表明,ErSO触发了a-UPR的初始激活,但TRPM4介导的钠内流和细胞肿胀导致渗透压应激,从而维持并传播致死的a-UPR过度激活。因此,TRPM4在维持致死性a-UPR过度激活中发挥关键作用,该过程介导了多种诱导坏死疗法的抗癌活性。

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
哪些分子驱动抗癌治疗诱导的坏死,以及这些分子如何影响免疫原性细胞死亡?
核心机制
ErSO等疗法通过激活a-UPR,导致胞内钙升高、ATP耗竭,进而打开钙激活、ATP抑制的TRPM4钠通道,引发钠内流和细胞肿胀,渗透压应激反过来维持和传播致死性a-UPR过度激活,最终导致坏死和DAMP释放。
主要证据
全基因组CRISPR筛选鉴定TRPM4;TRPM4敲除在6种细胞系中完全阻断ErSO诱导的细胞死亡;TRPM4敲除消除小鼠肿瘤消退;TRPM4敲除阻断钠内流、细胞肿胀、ATP耗竭、UPR过度激活、DAMP释放和免疫细胞激活。
研究意义
鉴定TRPM4为坏死性抗癌疗法的关键执行蛋白,为开发靶向坏死的新型癌症疗法和免疫疗法提供基础。

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

全基因组CRISPR筛选

鉴定与BHPI诱导坏死相关的基因

使用TKOv3文库感染T47D细胞,用BHPI进行负向选择筛选,通过MAGeCK-VISPR分析富集sgRNA。

2

验证TRPM4在ErSO诱导细胞死亡中的作用

验证TRPM4表达水平是否影响癌细胞对ErSO的敏感性

在TRPM4过表达和敲除的多种乳腺癌、卵巢癌细胞系中,用ErSO处理,检测细胞死亡和增殖。

3

机制研究:TRPM4介导钠内流和细胞肿胀

探究TRPM4是否介导ErSO诱导的钠内流和细胞肿胀

使用ANG-II荧光探针检测细胞内钠水平,测量细胞直径变化。

4

体内肿瘤模型验证

验证TRPM4在ErSO诱导的肿瘤消退中的必要性

建立MYS-Luc和MYTKO-Luc原位异种移植瘤模型,用ErSO处理,监测肿瘤生长和蛋白合成抑制。

5

免疫原性细胞死亡评估

评估ErSO是否诱导TRPM4依赖的DAMP释放和免疫细胞激活

检测HMGB1、ATP和钙网蛋白释放,用处理过的癌细胞条件培养基处理PMA分化的THP-1巨噬细胞和THP-1单核细胞,检测细胞因子表达和迁移。

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
Alamar蓝ThermoFisher--
TRPM4抗体Thermo Fisher ScientificMA5-24918
嘌呤霉素抗体Millipore SigmaMABE343
磷酸化src抗体Cell Signaling Technology6943
src抗体Cell Signaling Technology2109
磷酸化PLCγ抗体Cell Signaling Technology14008
PLCγ抗体Cell Signaling Technology5690
磷酸化eIF2α抗体Cell Signaling Technology3398
eIF2α抗体Cell Signaling Technology5324
β-肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology3700
HMGB1抗体Cell Signaling Technology3935
Super ECL试剂盒ABP Biosciences--
Countess II细胞计数器ThermoFisher--
XtremeGene 9转染试剂Roche--
pMD2.G包装质粒Addgene12259
psPAX2包装质粒Addgene12260
Toronto KnockOut (TKO) CRISPR文库-版本3Addgene90294
LentiCRISPRv2 puroAddgene98290
pCDH-puro-cMycAddgene46970
35S-甲硫氨酸Perkin Elmer--
ATPlite发光检测试剂盒Perkin Elmer--
QiaShredder试剂盒Qiagen--
RNeasy Mini试剂盒Qiagen--
Power SYBR Green PCR预混液Applied Biosystems--
Bio-Rad 4mm电穿孔比色杯Bio-Rad165-2088
BTX T820方波电穿孔仪----
阿霉素Cayman Chemicals--
星形孢菌素Cayman Chemicals--
雷帕霉素Cayman Chemicals--
紫草素Cayman Chemicals--
双甲氧基姜黄素Cayman Chemicals--
氟维司群/ICI 182,780Tocris Bioscience--
他莫昔芬/z-OHTTocris Bioscience--
离子霉素Santa Cruz Biotechnology--
Z-VAD-FMKSanta Cruz Biotechnology--
2-脱氧葡萄糖MedChemExpress USA--
Q-VD-OPHMedChemExpress USA--
Nec-1MedChemExpress USA--
GSK872MedChemExpress USA--
阿瑞匹坦MilliporeSigma--
恩格勒素AMilliporeSigma--
LTX-315----
PHERAstar微孔板读取器BMG Labtech Inc.--
Whatman 540滤纸----

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
CRISPR筛选
T47D细胞感染TKOv3文库的MOI、嘌呤霉素筛选浓度和时间、BHPI处理浓度和时间
阅读提示:Materials and Methods: CRISPR Screen
细胞死亡检测
细胞系、ErSO浓度和处理时间
阅读提示:Materials and Methods: Trypan Blue Dye Exclusion Death Assay; Figure 2 legend
钠内流检测
细胞系、ErSO浓度、染料浓度和检测时间
阅读提示:Materials and Methods: Sodium Influx Assay; Figure 2 legend
小鼠异种移植瘤模型
细胞系、细胞数量、基质胶比例、肿瘤体积、ErSO剂量和给药途径
阅读提示:Materials and Methods: Mouse Xenograft Studies; Figure 3 legend
免疫细胞激活检测
条件培养基制备方法(ErSO处理时间、洗涤、孵育时间)、THP-1细胞密度、迁移时间
阅读提示:Materials and Methods: THP-1 Migration Assay; Figure 7 legend