CRISPR筛选鉴定非小细胞肺癌中对KRASG12C和SHP2抑制剂组合的耐药机制

CRISPR Screening Identifies Mechanisms of Resistance to KRASG12C and SHP2 Inhibitor Combinations in Non-Small Cell Lung Cancer

作者信息Anirudh Prahallad, Andreas Weiss, Hans Voshol, Grainne Kerr, Kathleen Sprouffske, Tina Yuan, David Ruddy, Morgane Meistertzheim, Malika Kazic-Legueux, Tina Kottarathil, Michelle Piquet, Yichen Cao, Laetitia Martinuzzi-Duboc, Alexandra Buhles, Flavia Adler, Salvatore Mannino, Luca Tordella, Laurent Sansregret, Sauveur-Michel Maira, Diana Graus Porta, Carmine Fedele, Saskia M Brachmann
PMID37934115
发布时间2023-12-15
DOI10.1158/0008-5472.CAN-23-1127

实验完整度

包含体内异种移植模型(LU99)评估联合用药疗效与耐药机制,以及体外CRISPR功能筛选、细胞增殖和信号通路验证等多层次证据。

主要模型

LU99异种移植模型(KRASG12C突变NSCLC) KRASG12C突变NSCLC细胞系(NCI-H1373, NCI-H1792, HCC44, Calu1, NCI-H23)

重点核对

KRASG12C扩增程度(基因拷贝数及mRNA/蛋白水平) FGFR1缺失对KRASG12C/SHP2抑制的致敏作用 PTEN缺失对KRASG12C/SHP2抑制的拯救作用 PI3K抑制剂(GDC0941, alpelisib)对KRASG12C±SHP2抑制的联合增效作用

摘要

尽管KRASG12C抑制剂在KRAS G12C突变的非小细胞肺癌(NSCLC)和其他实体肿瘤患者中显示出临床活性,但反应受到多种耐药机制的限制。KRASG12C抑制剂JDQ443与SHP2抑制剂TNO155联合使用时,在临床前模型中显示出增强的抗肿瘤活性,该联合方案目前正在进行临床评估。为了确定有助于克服或预防某些类型耐药的合理联合策略,我们在源自KRASG12C突变NSCLC细胞系的异种移植模型中,评估了JDQ443±TNO155单独或与PI3Kα抑制剂alpelisib和/或细胞周期蛋白依赖性激酶4/6抑制剂ribociclib联合使用时肿瘤反应持续时间,并研究了与联合KRASG12C/SHP2抑制反应丧失相关的遗传机制。在临床相关剂量下,单药JDQ443引起的肿瘤消退平均持续约2周,而双重、三重或四重联合用药则逐渐延长了消退持续时间。肿瘤再生长伴随着KRASG12C扩增的逐渐增加。在具有不同突变谱的KRASG12C依赖性NSCLC细胞系中进行功能性全基因组CRISPR筛选,以鉴定对KRASG12C/SHP2联合抑制的适应性耐药机制,结果揭示了致敏和拯救性遗传相互作用;FGFR1缺失是最强的致敏因素,而PTEN缺失是最强的拯救因素。与此一致,KRASG12C/SHP2抑制的抗增殖活性被PI3K抑制剂强烈增强。总体而言,在临床前环境中,KRASG12C扩增和MAPK/PI3K通路的改变是联合KRASG12C/SHP2抑制剂耐药的主要机制。CRISPR筛选鉴定的生物学节点可能为有效的联合治疗提供额外的起点。意义:对KRASG12C/SHP2联合抑制耐药机制的鉴定,强调了肺癌治疗中超越通路内联合方案的额外联合治疗的必要性,并为开发更有效的联合方法提供了基础。

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
KRASG12C抑制剂与SHP2抑制剂联合治疗的耐药机制是什么,以及哪些联合策略可能克服或预防这些耐药?
核心机制
KRASG12C扩增是导致对KRASG12C/SHP2联合抑制耐药的主要机制;此外,FGFR1-MAPK和PI3K-AKT-mTOR通路的改变(如PTEN缺失)可介导适应性耐药。
主要证据
LU99异种移植模型中,联合治疗延迟了耐药发生,但最终肿瘤进展伴随KRASG12C基因扩增;CRISPR筛选鉴定出FGFR1缺失为最强致敏因素、PTEN缺失为最强拯救因素;体外实验证实PI3K抑制剂增强联合治疗的抗增殖活性。
研究意义
研究揭示了超越通路内联合方案的必要性,并为开发基于FGFR1和PI3K节点的新型联合治疗策略提供了理论基础。

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

体内药效评估

评估JDQ443单药及与TNO155、alpelisib、ribociclib联合用药在LU99异种移植模型中的肿瘤反应持续时间。

在LU99异种移植模型中,口服给予JDQ443(10-100 mg/kg)、TNO155(5或10 mg/kg BID)、alpelisib(50 mg/kg)和ribociclib(75 mg/kg)的不同组合,监测肿瘤生长曲线。

2

耐药机制分析

分析肿瘤进展时KRASG12C表达和基因拷贝数的变化。

通过LC/MS、RT-qPCR、靶向蛋白质组学和基因拷贝数分析,检测肿瘤组织中KRASG12C蛋白、mRNA和基因拷贝数的变化。

3

CRISPR功能筛选

鉴定影响KRASG12C±SHP2抑制剂敏感性和耐药性的基因。

在5种KRASG12C突变NSCLC细胞系(NCI-H1373, NCI-H1792, HCC44, Calu1, NCI-H23)中进行全基因组CRISPR-Cas9敲除筛选,以KRASG12Ci1±SHP099为锚定药物。

4

联合治疗验证

验证CRISPR筛选鉴定的通路(FGFR1和PI3K)作为联合靶点的潜力。

通过集落形成实验和蛋白免疫印迹,检测FGF补充、FGFR抑制剂BGJ398以及PI3K抑制剂(GDC0941, alpelisib)对KRASG12Ci1±SHP099抗增殖活性的影响。

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培养基Gibco11995-040
RPMI1640培养基Gibco22400-071
胎牛血清Seradigm1500-500
青霉素-链霉素Gibco15140-122
CellTiter-Glo试剂盒PromegaG7570
RIPA裂解液Thermo Fisher Scientific89901
蛋白酶抑制剂混合物SigmaP8340
磷酸酶抑制剂混合物Thermo Fisher Scientific78427
苯甲酸酶SigmaE8263
DC蛋白定量试剂盒Bio-Rad5000112
硝酸纤维素膜Bio-Rad1704159EDU
Trans-Blot Turbo转印系统Bio-Rad1704150EDU
封闭液Bio-Rad1706404
牛血清白蛋白Akron BiotechnologyAK8917-0100
Amersham ECL化学发光检测试剂GE HealthcareRPN2106
SuperSignal West Pico PLUS化学发光底物Thermo Fisher Scientific34580
Amersham Hyperfilm ECL胶片GE Healthcare28906839
下拉检测试剂盒CytoskeletonBK008
DNeasy血液和组织试剂盒Qiagen69504
SYBR Green ER qPCR通用预混液InvitrogenA10314
iTaq通用探针一步法试剂盒Bio-Rad172-5141
KRAS探针Applied BiosystemsHs00364282_m1
β-肌动蛋白探针Integrated DNA TechnologiesHs.PT.39a.22214847
7900HT快速实时荧光定量PCR系统Thermo Fisher Scientific--
结晶紫Fisher ScientificC581-25
爱普生Perfection V600扫描仪EPSON--
JDQ443----
TNO155----
阿培利司----
瑞博西尼----
SHP099----
KRASG12Ci1----
重组人FGFR&D Systems3718-FB
磷酸化p44/42 MAPK (ERK1/2; Thr202/Tyr204)抗体Cell Signaling Technology4370
磷酸化Akt (Ser473)抗体Cell Signaling Technology9271
磷酸化S6核糖体蛋白 (Ser235/236)抗体Cell Signaling Technology2211
磷酸化S6核糖体蛋白 (Ser240/244)抗体Cell Signaling Technology2215
cleaved PARP (Asp214)抗体Cell Signaling Technology9541
CAS9 (化脓链球菌)抗体Cell Signaling Technology14697
HRP标记的抗兔IgGCell Signaling Technology7074
HRP标记的抗小鼠IgGCell Signaling Technology7076

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
体内药效评估
LU99异种移植模型:细胞来源、接种数量、肿瘤体积测量频率
阅读提示:Methods: Xenograft generation and in vivo PD assessments
体内药效评估
药物剂量、给药方式、给药频率(JDQ443 10-100 mg/kg QD, TNO155 5或10 mg/kg BID, alpelisib 50 mg/kg QD, ribociclib 75 mg/kg QD)
阅读提示:Methods: Xenograft generation and in vivo PD assessments; Results: 图2A, 图3A-B
耐药机制分析
KRASG12C扩增的检测方法(基因拷贝数、mRNA、蛋白水平)及评估时间点
阅读提示:Methods: Gene copy analysis, KRAS mRNA expression, Protein extraction and immunoblotting; Results: 图1D-F, 2E-G, 3C-D
CRISPR筛选
细胞系(NCI-H1373, NCI-H1792, HCC44, Calu1, NCI-H23)、Cas9表达、sgRNA文库(18,360个基因,10个sgRNA/基因)、感染复数(MOI 0.5)、细胞覆盖率(1000 cells/sgRNA)、锚定药物浓度(0.75 μmol/L KRASG12Ci1 ± 10 μmol/L SHP099)
阅读提示:Methods: CRISPR screening, experimental procedure and data analysis; Results: 图4A
联合治疗验证
集落形成实验:细胞接种密度、处理时间(7-10天或3-5周)、药物浓度(FGF 50 ng/mL, BGJ398, GDC0941, alpelisib)
阅读提示:Methods: Colony formation assay; Results: 图5, 图6