ASCL1在允许性细胞环境中驱动EGFR突变肺癌对奥希替尼的耐受性

ASCL1 Drives Tolerance to Osimertinib in EGFR Mutant Lung Cancer in Permissive Cellular Contexts

作者信息Bomiao Hu, Marc Wiesehöfer, Fernando J de Miguel, Zongzhi Liu, Lok-Hei Chan, Jungmin Choi, Mary Ann Melnick, Anna Arnal Estape, Zenta Walther, Dejian Zhao, Francesc Lopez-Giraldez, Anna Wurtz, Guoping Cai, Rong Fan, Scott Gettinger, Andrew Xiao, Qin Yan, Robert Homer, Don X Nguyen, Katerina Politi
PMID38359163
发布时间2024-04-15
DOI10.1158/0008-5472.CAN-23-0438

实验完整度

包含PDX体内模型、细胞系功能实验、单细胞测序、ATAC-seq等多层级验证。

主要模型

患者来源异种移植(PDX)模型 HCC827细胞系 PC9细胞系 H1975细胞系

重点核对

奥希替尼治疗剂量:25mg/kg,每周5天 细胞系ASCL1过表达采用多西环素诱导系统 克隆形成实验中奥希替尼浓度:0-100nM 药物敏感性实验使用CellTiter Blue检测 ATAC-seq实验使用HCC827和PC9细胞

摘要

大多数EGFR突变的肺腺癌对EGFR酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)反应良好。然而,这些反应大多是不完全的,即使在最大反应时仍有耐药残留病灶。这种残留病灶最终可导致复发,大多数患者最终会出现复发。为了研究体内残留肿瘤细胞的细胞和分子特性,我们利用了EGFR突变肺癌的患者来源异种移植(PDX)模型。皮下EGFR突变PDX用第三代TKI奥希替尼治疗,直至最大肿瘤消退。残留组织不可避免含有肿瘤细胞,这些细胞在转录水平上与治疗前肿瘤整体不同。单细胞转录分析提供了治疗前肿瘤中存在与耐药细胞匹配的细胞谱的证据。在分析的其中一个PDX中,奥希替尼治疗引起了显著的转录组变化,其特征是神经内分泌谱系转录因子ASCL1的上调。机制上,ASCL1通过启动上皮-间质转化基因表达程序在允许性细胞环境中赋予耐药性。这项研究揭示了对耐药生物学、细胞通过TKI治疗的塑性以及为何特定表型仅在特定肿瘤中观察到的重要见解。

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
EGFR突变肺癌中耐药残留细胞的分子特征及其对TKI耐受的机制是什么?
核心机制
ASCL1通过启动上皮-间质转化(EMT)基因表达程序,在允许性细胞环境中赋予对奥希替尼的耐药性。
主要证据
PDX模型中,ASCL1在残留肿瘤细胞中高表达,且单细胞测序发现治疗前存在ASCL1高表达的细胞;在HCC827细胞中过表达ASCL1诱导EMT并降低奥希替尼敏感性,而PC9无此效应。
研究意义
揭示了耐药性的异质性和细胞可塑性,为靶向治疗耐药残留细胞提供潜在策略。

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PDX模型并验证药物敏感性

建立EGFR突变肺癌PDX模型,并评估其对奥希替尼的敏感性。

从患者肿瘤组织建立PDX,皮下植入NSG小鼠,用奥希替尼处理,监测肿瘤体积变化。

2

分析耐药残留肿瘤的增殖和凋亡状态

评估残留肿瘤细胞的增殖和凋亡水平。

通过免疫组化检测Ki-67、磷酸化组蛋白H3和cleaved caspase-3,并通过Western blot分析细胞周期标志物。

3

全外显子测序分析残留肿瘤的突变谱

确定耐药残留肿瘤是否发生基因突变或克隆选择。

对未治疗和残留肿瘤进行全外显子测序,分析突变VAF、克隆结构。

4

转录组分析鉴定差异表达基因

寻找残留肿瘤与未治疗肿瘤的转录组差异。

进行bulk RNA-seq,PCA分析,GSEA分析ASC L1和EMT特征。

5

单细胞RNA-seq分析残留肿瘤细胞异质性

鉴定残留肿瘤中的细胞亚群及其转录特征。

对PDX肿瘤进行单细胞RNA-seq,聚类分析并比较不同细胞群。

6

ASCL1过表达细胞系功能验证

验证ASCL1是否介导药物耐受及机制。

在HCC827、PC9和H1975细胞中过表达ASCL1,进行克隆形成和药物敏感性实验。

7

ATAC-seq分析染色质开放性变化

探究ASCL1对染色质可及性的影响及其与耐药的关系。

对HCC827和PC9细胞进行ATAC-seq,比较不同条件下的染色质开放性。

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
肿瘤解离试剂盒Miltenyi Biotech130-095-929
基质胶Corning356237
奥希替尼AstraZeneca--
甲基纤维素SigmaM0512
RPMI 1640培养基gibco11875-093
胎牛血清gibco16140-071
HEPESgibco15630-080
青霉素-链霉素gibco15140-122
DMEM培养基gibco11965-092
Tet系统认证胎牛血清Takara Bio631101
二甲基亚砜AmericanBioAB00435-00500
支原体检测试剂盒LonzaLT07-318
Clear-Rite 3Thermo Scientific6901
抗原修复液Vector LaboratoriesH-3300
过氧化氢J.T.Baker2186-01
VECTASTAIN Elite ABC-HRP试剂盒Vector LaboratoriesPK-6101
NovaRED底物试剂盒Vector LaboratoriesSK-4800
Permount封片剂Fisher ScientificSP15-100
抗Nkx2-1抗体abcamab76013
抗EGFRdel19抗体CST2085
抗Ki-67抗体CST9027
抗裂解Caspase-3抗体CST9664
抗磷酸化组蛋白H3抗体CST9701
抗ASCL1抗体abcamab211327
抗突触素抗体CST36406
抗嗜铬粒蛋白A抗体abcamab15160
蛋白酶和磷酸酶抑制剂混合物Thermo Scientific78440
DC蛋白定量试剂盒Bio-Rad5000116
4X上样缓冲液Bio-Rad1610747
二硫苏糖醇SigmaD9779
SDS-PAGE凝胶Bio-Rad4568093
蛋白分子量标准Bio-Rad1610375
硝酸纤维素膜Bio-Rad1620112
脱脂奶粉AmericanBioAB10109-01000
二抗CST7074
SuperSignal West Pico化学发光底物Thermo Scientific34580
Femto化学发光底物Thermo Scientific34096
ChemiDoc MP凝胶成像系统Bio-Rad--
抗pEGFR抗体CST3777
抗EGFR抗体CST4267
抗Actin抗体Santa Cruzsc47778 HRP
抗Rb抗体CST9309
抗pRb抗体CST8516
抗Cyclin B1抗体CST12231
抗p21抗体CST2947
抗p27抗体CST3686
抗BCL2抗体CST4223
抗DLL3抗体CST71804
抗RET抗体CST14556
抗EpCAM抗体abcamab32392
抗Vimentin抗体CST5741
抗ZEB1抗体CST70512
抗ZEB2抗体CST97885
AllPrep DNA/RNA微型试剂盒Qiagen80204
xGen外显子组捕获探针IDT--
HiSeq4000测序仪Illumina--
KAPA mRNA HyperPrep试剂盒Kapa BiosystemsKR1352
HiSeq2500测序仪Illumina--
抗人EpCAM抗体BioLegend324209
活/死细胞染料invitrogenL34971
Chromium控制器10x Genomics--
3'文库制备试剂盒v310X genomics--
NP-40Roche11332473001
吐温-20Roche11332465001
毛地黄皂苷PromegaG9441
转座酶illumina20034197
DNA清洁试剂盒ZymoD4014
NEBNext预混液NEBM0541S
AMPure XP磁珠Beckman CoulterA63880
KAPA文库定量试剂盒KAPAKK4854
phASCL1-N106质粒addgene#31781
Q5高保真预混液NEBM0492S
Monarch PCR及DNA清洁试剂盒NEBT1030S
NheI限制酶NEBR3131S
AgeI限制酶NEBR3552S
pCW57-MCS载体addgene#71782
T4 DNA连接酶NEBM0202S
stbl3感受态大肠杆菌invitrogenC7373-03
LB肉汤gibco10855-021
QIAprep离心柱质粒小提试剂盒Qiagen27106
TransIT-Lenti转染试剂Mirus BioMIR6604
pMD2.G包装质粒addgene#12259
psPAX2包装质粒addgene#12260
0.45um过滤器MilliporeSLHV033RS
TransduceIT转导试剂Mirus BioMIR6620
嘌呤霉素gibcoA11138-03
多西环素SigmaD9891
结晶紫SigmaC3886
CellTiter Blue试剂PromegaG8081
SpectraMax M3酶标仪Molecular Devices--
PyroMark Q24焦磷酸测序仪Qiagen--

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
PDX模型
PDX建立方法、免疫缺陷小鼠品系、肿瘤组织来源、植入方式
阅读提示:Methods: PDX Establishment
药物治疗
奥希替尼剂量、给药频率、给药途径、治疗时间
阅读提示:Methods: Drug treatment in vivo
细胞培养
细胞系、培养基成分、培养条件、多西环素浓度
阅读提示:Methods: Cell lines
功能实验
细胞密度、药物浓度、处理时间、检测方法
阅读提示:Methods: Clonogenic assays, Drug sensitivity assay
测序分析
测序平台、读长、覆盖度、比对基因组、分析流程
阅读提示:Methods: Whole exome sequencing, Bulk RNA-sequencing, Single-cell RNA-sequencing, ATAC-sequencing