SELENOP通过LRP5/6相互作用调节散发性结直肠癌发生和WNT信号活性

SELENOP modifies sporadic colorectal carcinogenesis and WNT signaling activity through LRP5/6 interactions

作者信息Jennifer M Pilat, Rachel E Brown, Zhengyi Chen, Nathaniel J Berle, Adrian P Othon, M Kay Washington, Shruti A Anant, Suguru Kurokawa, Victoria H Ng, Joshua J Thompson, Justin Jacobse, Jeremy A Goettel, Ethan Lee, Yash A Choksi, Ken S Lau, Sarah P Short, Christopher S Williams
PMID37166989
发布时间2023-07
DOI10.1172/JCI165988

实验完整度

包含体外细胞系实验、类器官模型、小鼠体内模型及人类样本分析,并进行了功能获得/缺失和机制验证。

主要模型

小鼠Lrig1-CreERT2 Apcfl/+腺瘤模型 ApcΔIE/+ Selenop+/+和Selenop–/–肿瘤类器官 293 STF细胞、RKO细胞、MC38细胞 人类结直肠癌类器官

重点核对

Selenop KO在ApcΔIE/+小鼠中减少结肠肿瘤发生率和体积 SELENOP恢复增加Selenop-KO肿瘤类器官的形成效率和WNT靶基因表达 SELENOP增强WNT3A诱导的TOPFlash报告活性(293 STF、RKO、MC38细胞) SELENOP与LRP6的共免疫沉淀及U258-U299结构域的作用

摘要

尽管硒缺乏与结直肠癌(CRC)风险相关,但富含硒的抗氧化剂硒蛋白P(SELENOP)在CRC中的作用仍不清楚。在本研究中,我们明确了SELENOP对散发性CRC的贡献。在人类单细胞cRNA-Seq(scRNA-Seq)数据集中,我们发现随着正常结肠干细胞转化为腺瘤并进展为癌,SELENOP表达升高。接下来,我们在一种涉及条件性、肠上皮特异性删除肿瘤抑制基因腺瘤性息肉病大肠杆菌(Apc)的小鼠腺瘤模型中检测了Selenop KO的影响,发现Selenop KO降低了结肠肿瘤的发生率和大小。我们在肿瘤类器官以及CRC和非癌细胞系中机制性地探究了SELENOP驱动的表型。Selenop-KO肿瘤类器官表现出类器官形成缺陷和WNT靶基因表达降低,这些可通过SELENOP恢复来逆转。此外,SELENOP增加了非癌细胞和CRC细胞系中的经典WNT信号活性。在定义SELENOP的作用机制时,我们绘制了SELENOP与WNT共受体低密度脂蛋白受体相关蛋白5和6(LRP5/6)之间的蛋白质-蛋白质相互作用。最后,我们证实SELENOP-LRP5/6相互作用有助于SELENOP对WNT活性的影响。总体而言,我们的结果将SELENOP定位为散发性CRC中WNT信号通路的调节因子。

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
SELENOP在散发性结直肠癌发生中的作用及其潜在的分子机制是什么?
核心机制
SELENOP通过其U258-U299结构域与WNT共受体LRP5/6相互作用,增强经典WNT信号活性,从而促进肿瘤发生。
主要证据
在Apc依赖性腺瘤小鼠模型中,Selenop KO降低结肠肿瘤发生率和体积;在肿瘤类器官中,Selenop KO降低类器官形成和WNT靶基因表达,SELENOP恢复逆转这些效应;SELENOP增强WNT3A诱导的TOPFlash活性;免疫共沉淀和截短实验证实SELENOP与LRP6的相互作用及关键结构域。
研究意义
本研究将SELENOP定位为散发性CRC中WNT信号通路的调节因子,为理解硒蛋白在结直肠癌中的作用提供了新见解,并提示SELENOP可能成为潜在的干预靶点。

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

SELENOP在正常肠道中的表达谱分析

确定SELENOP在正常小鼠和人肠道上皮中的表达分布

通过RT-qPCR检测小鼠小肠和结肠上皮中硒蛋白mRNA表达,通过RNAscope检测小鼠和人类结肠中的SELENOP RNA,利用Gut Cell Atlas scRNA-Seq数据查询SELENOP表达,并通过ELISA检测人肠类器官分化培养基中的SELENOP蛋白。

2

SELENOP在结直肠癌发生中的表达变化分析

评估SELENOP表达在正常结肠到腺瘤再到癌症过程中的变化

利用公开的scRNA-Seq数据集分析SELENOP在正常、息肉、腺瘤和癌症细胞中的表达,并与干细胞性(CytoTRACE)关联,比较不同癌症类型中的表达。

3

Selenop KO对小鼠肠道肿瘤发生的影响

测试Selenop缺失是否影响Apc驱动的肠道肿瘤形成

将Selenop–/–小鼠与Lrig1-CreERT2 Apcfl/+小鼠杂交,给予他莫昔芬诱导,监测结肠和小肠肿瘤形成,并比较不同基因型之间的肿瘤发生率和大小。

4

Selenop KO对肿瘤类器官形成和WNT靶基因的影响

在体外模型中验证Selenop缺失导致的表型变化

从ApcΔIE/+ Selenop+/+和Selenop–/–小鼠的结肠肿瘤建立肿瘤类器官,通过酶解分离后单细胞培养,计数类器官形成,并通过RT-qPCR检测WNT靶基因(Axin2, Lgr5, Sox9)表达。

5

SELENOP恢复对肿瘤类器官的影响

确定SELENOP过表达是否能逆转Selenop缺陷导致的表型

使用dCas9-VP64和靶向Selenop启动子的sgRNA激活内源Selenop表达,然后检测类器官形成效率和WNT靶基因表达。

6

SELENOP对非癌细胞和CRC细胞系WNT信号的影响

测试SELENOP是否增强经典WNT信号活性

使用TOPFlash报告基因检测SELENOP处理或过表达对WNT3A诱导的WNT信号活性的影响,在293 STF、RKO STF、MC38等细胞中进行。

7

SELENOP与LRP6相互作用的验证

验证SELENOP是否与LRP6结合

通过免疫共沉淀(co-IP)检测外源SELENOP与FLAG-LRP6的相互作用,并通过邻近连接实验进一步验证。

8

SELENOP-LRP6相互作用的结构域定位

确定SELENOP上负责与LRP6结合的具体区域

构建SELENOP截短和缺失突变体,通过co-IP检测突变体与LRP6的结合能力,确定U258-U299区域为关键结构域。

9

SELENOP-LRP5/6相互作用对WNT信号的影响

验证SELENOP的U258-U299结构域是否介导其对WNT信号的增强作用

在YAMC STF细胞中过表达全长或缺失U258-U299区的V5-mSELENOP,检测TOPFlash活性。

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
TRIzol试剂Invitrogen, Thermo Fisher Scientific15596018
RNeasy Mini试剂盒QIAGEN74106
RNeasy Micro试剂盒QIAGEN74004
qScript cDNA SuperMixQuantabio95048100
TaqMan通用PCR预混液Applied Biosystems4304437
PerfeCTa SYBR Green SuperMix ROXQuantabio9505502K
RNAscope 2.5 HD – BROWN试剂Advanced Cell Diagnostics322300
Intesticult类器官生长培养基STEMCELL Technologies06010
基质胶Corning354230
Amicon Ultra-4 10 kDa离心过滤器MilliporeSigmaUFC801024
DMEM培养基Gibco, Thermo Fisher Scientific11995065
胎牛血清Avantor07068085
青霉素/链霉素Gibco, Thermo Fisher Scientific15140122
RPMI 1640培养基Gibco, Thermo Fisher Scientific61870036
重组小鼠IFN-γR&D Systems485MI100/CF
支原体PCR检测试剂盒Applied Biological Materials (abm)G238
聚乙烯亚胺Polysciences24314
聚凝胺MilliporeSigmaTR1003G
Lenti-X浓缩器Takara Bio631232
他莫昔芬MilliporeSigmaT5648
肝素MilliporeSigmaH3393
重组人WNT3AR&D Systems5036WNP10/CF
重组小鼠WNT3AR&D Systems1324WN010/CF
Steady-Glo萤光素酶试剂PromegaE2510
CellTiter-Glo发光细胞活力试剂PromegaG7570
Glo裂解缓冲液PromegaE2661
Dual-Glo萤光素酶试剂PromegaE2920
ANTI-FLAG M2亲和凝胶MilliporeSigmaA2220
FLAG肽MilliporeSigmaF3290
BCA蛋白测定试剂盒Pierce, Thermo Fisher Scientific23225
细胞表面生物素化和分离试剂盒Pierce, Thermo Fisher ScientificA44390
NeutrAvidin琼脂糖Pierce, Thermo Fisher Scientific29200
Laemmli上样缓冲液Bio-Rad1610747
4%-20% Mini-PROTEAN TGX预制蛋白胶Bio-Rad4561094
Precision Plus蛋白双色标准Bio-Rad1610374
硝酸纤维素膜PerkinElmerNBA085C001EA
Intercept (TBS)封闭缓冲液LI-COR927-60001
IRDye 680LT山羊抗小鼠IgGLI-COR92668020
IRDye 800CW山羊抗兔IgGLI-COR92632211
β-微管蛋白抗体Cell Signaling Technology2146
FLAG抗体MilliporeSigmaF1804
LRP6抗体Cell Signaling Technology2560
Na+/K+-ATPase抗体Cell Signaling Technology3010
SELENOP抗体Proteintech Group--
V5抗体Abcamab27671
V5抗体Cell Signaling Technology13202
TrypLE ExpressGibco, Thermo Fisher Scientific12604013
Y-27632Tocris Bioscience1254
脱氧核糖核酸酶IMilliporeSigmaD5025
潮霉素BGibco, Thermo Fisher Scientific10687010
Q5热启动高保真2X预混液New England BioLabsM0494S
QIAquick PCR纯化试剂盒QIAGEN28104
Gateway pDONR221载体Invitrogen, Thermo Fisher Scientific12536017
Gateway BP Clonase II酶混合物Invitrogen, Thermo Fisher Scientific11789020
Gateway LR Clonase II酶混合物Invitrogen, Thermo Fisher Scientific11791020

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
小鼠肿瘤模型
小鼠品系、基因型、年龄、他莫昔芬剂量和疗程、饮食硒含量、监测时间点
阅读提示:Methods: Murine tumorigenesis protocol
肿瘤类器官培养
类器官来源、培养基成分、基质胶用量、单细胞接种密度、酶解条件、Y-27632和DNase I浓度
阅读提示:Methods: Murine tumoroid culture
WNT3A处理
细胞系、WNT3A浓度、处理时间
阅读提示:Methods: WNT3A treatments
TOPFlash报告实验
细胞系、报告质粒、SELENOP浓度、WNT3A浓度、处理时间
阅读提示:Methods: TOPFlash reporter assays
免疫共沉淀
细胞系、转染质粒、裂解缓冲液、蛋白酶抑制剂、FLAG亲和凝胶、洗脱条件
阅读提示:Methods: FLAG IPs, Heparin and sodium chlorate treatments
SELENOP-LRP5/6相互作用域定位
相关截短/缺失突变体、LRP5/6质粒、共转染条件
阅读提示:Results: SELENOPU258-U299 mediates...; Methods: Plasmid construction