SIK2抑制协同增强PARP抑制剂在卵巢癌和三阴性乳腺癌中的活性

SIK2 inhibition enhances PARP inhibitor activity synergistically in ovarian and triple-negative breast cancers

作者信息Zhen Lu, Weiqun Mao, Hailing Yang, Janice M Santiago-O'Farrill, Philip J Rask, Jayanta Mondal, Hu Chen, Cristina Ivan, Xiuping Liu, Chang-Gong Liu, Yuanxin Xi, Kenta Masuda, Eli M Carrami, Meng Chen, Yitao Tang, Lan Pang, David S Lakomy, George A Calin, Han Liang, Ahmed A Ahmed, Hariprasad Vankayalapati, Robert C Bast Jr
PMID35642638
发布时间2022-06-01
DOI10.1172/JCI146471

实验完整度

包含体外细胞实验、体内异种移植瘤模型、转录组学及表观遗传学机制验证,且体外与体内结果一致。

主要模型

卵巢癌细胞系(SKOv3、OVCAR8、OC316等) 三阴性乳腺癌细胞系(MDA-MB-231、HCC1937等) 卵巢癌异种移植瘤模型(皮下、腹腔) 三阴性乳腺癌异种移植瘤模型(乳腺脂肪垫)

重点核对

SIK2抑制剂与PARP抑制剂联用对癌细胞生长的协同抑制作用(组合指数<1) SIK2抑制剂对PARP酶活性和DNA双链断裂修复功能的影响 SIK2抑制剂对MEF2D转录活性及其下游靶基因FANCD2、EXO1、XRCC4表达的调控 异种移植瘤模型中联合用药对肿瘤生长和生存期的影响

摘要

聚(ADP-核糖)聚合酶抑制剂(PARP抑制剂)在卵巢癌和乳腺癌的治疗中的作用日益增强。PARP抑制剂选择性作用于由BRCA1/2及其他DNA修复通路基因突变导致的同源重组DNA修复缺陷的细胞。同源重组DNA修复正常的癌症对PARP抑制剂反应不佳。最初对PARP抑制剂有反应的癌症最终会产生耐药性。我们鉴定了盐诱导激酶2(SIK2)抑制剂ARN3236和ARN3261,它们降低DNA双链断裂(DSB)修复功能,并在同源重组DNA修复缺陷型和正常型的癌细胞中与多种PARP抑制剂产生合成致死效应。SIK2是中心体分裂和PI3K激活所必需的,并调节癌细胞的增殖、转移和对化疗的敏感性。在此,我们证明SIK2抑制剂使卵巢癌和三阴性乳腺癌(TNBC)细胞及异种移植瘤对PARP抑制剂敏感。SIK2抑制剂降低PARP酶活性及IIa类组蛋白去乙酰化酶(HDAC4/5/7)的磷酸化。此外,SIK2抑制剂消除了IIa类HDAC4/5/7相关的肌细胞增强因子-2D(MEF2D)的转录活性,减少了MEF2D与FANCD2、EXO1和XRCC4基因中高染色质可及性调控区的结合,导致它们在DNA DSB修复通路中的功能受到抑制。PARP抑制剂和SIK2抑制剂的组合为增强卵巢癌和TNBC对PARP抑制剂的敏感性提供了一种治疗策略。

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
SIK2抑制能否增强卵巢癌和三阴性乳腺癌对PARP抑制剂的敏感性,其机制是什么?
核心机制
SIK2抑制剂通过降低IIa类HDAC4/5/7的磷酸化,增强其核转位,抑制MEF2D转录活性,从而下调DNA DSB修复基因FANCD2、EXO1和XRCC4的表达,并降低PARP酶活性,协同增强PARP抑制剂的效果。
主要证据
体外细胞增殖实验、克隆形成实验、γ-H2AX焦点检测、凋亡检测、PARP酶活性检测、RNA-Seq、ChIP-Seq/qPCR、异种移植瘤模型等证明SIK2抑制剂与PARP抑制剂联用通过MEF2D通路增强DNA损伤和凋亡。
研究意义
提出PARP抑制剂与SIK2抑制剂联合治疗可作为增强卵巢癌和TNBC对PARP抑制剂敏感性的治疗策略。

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

细胞水平验证联用协同效果

验证SIK2抑制剂能否增强卵巢癌和TNBC细胞对PARP抑制剂的敏感性。

在多种卵巢癌和TNBC细胞系及正常细胞中,用SIK2抑制剂(ARN3236、ARN3261)和PARP抑制剂(olaparib、rucaparib等)单独或联合处理,检测细胞活力并计算联合指数。

2

验证SIK2在协同效应中的必要性

验证SIK2是介导PARP抑制剂敏感性的关键分子。

利用CRISPR/Cas9敲除SKOv3和OVCAR8细胞中的SIK2,或稳定过表达SIK2,检测对olaparib的敏感性变化。

3

探究协同效应的分子机制

揭示SIK2抑制剂增强PARP抑制剂效果的分子机制。

通过RNA-Seq、RT-qPCR、Western blot、ChIP-Seq/qPCR等检测DNA修复基因表达、PARP酶活性、HDAC4/5/7磷酸化及MEF2D结合活性。

4

体内验证协同抗肿瘤效果

在动物模型中验证SIK2抑制剂与PARP抑制剂联合的抗肿瘤效果。

建立卵巢癌(SKOv3、OVCAR8、OC316)和TNBC(MDA-MB-231、HCC1937)异种移植瘤模型,给予单药或联合治疗,监测肿瘤生长和生存期。

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
CellTiter-Glo发光细胞活力检测试剂盒PromegaG9241
PARP通用比色分析试剂盒R&D Systems4677-096-K
Magna ChIP A试剂盒MilliporeSigma17-610
iTaq Universal SYBR Green预混液Bio-Rad172-5124
亚细胞蛋白分级提取试剂盒Thermo Fisher Scientific78835
BCA蛋白定量检测Thermo Fisher Scientific23228
FITC Annexin V/死细胞凋亡检测试剂盒IThermo Fisher ScientificV13242
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596026
RNeasy试剂盒Qiagen217004
SsoAdvanced通用PCR预混液Bio-Rad--
含TES缓冲液的Fluoro-Gel封片剂Electron Microscopy Sciences50-246-96
SIK2抗体Cell Signaling Technology6919
p-HDAC4/5/7抗体Cell Signaling Technology3443
HDAC5抗体Cell Signaling Technology20458
HDAC4抗体Cell Signaling Technology5392
γ-H2AX抗体Cell Signaling Technology2577
PARP抗体BD Biosciences551025
MEF2D抗体BD Pharmingen610775
Lamin A/C抗体Santa Cruz Biotechnologysc-6215
α-tubulin抗体MilliporeSigmaT9026
DharmaFECT 4转染试剂GE DharmaconT-2004-03
pLV(Exp)-Neo-CMV>tTS/rtTA_M2慢病毒VectorBuilderVB160419-1020mes
pLV(Tet)-EGFP:T2A:Puro-TRE-hMEF2D慢病毒VectorBuilderVB180504-1036gtn
RPMI 1640培养基Corning15-040-CV
MEF2报告基因检测试剂盒QIAGEN336841
Rodent Decloaker抗原修复液BioCare MedicalRD913M
PeroxAbolish封闭液BioCare MedicalPXA969M
Rodent Block M封闭液BioCare MedicalRBM961L
VisUCyte HRP聚合物IgGR&D SystemsVC001-025/VC003-025
DAB显色试剂BioCare MedicalBDB2004L
CAT苏木素Thermo Fisher ScientificHE-M
G418抗生素Corning61-8833-100
嘌呤霉素MilliporeSigmaD-9897-1G
多西环素MilliporeSigmaD-9897-1G
通用支原体检测试剂盒ATCC30-1010K

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
药物处理
SIK2抑制剂(ARN3236、ARN3261)和PARP抑制剂(olaparib等)的浓度及处理时间。
阅读提示:请参见Methods中的Viability assays、Clonogenic assays及相关图注(Figure 1-5)。
细胞培养
细胞系来源、培养基、培养条件(如CO2浓度、温度)、细胞代数。
阅读提示:请参见Methods中的Cell lines部分及Supplemental Table 1。
动物模型
小鼠品系、周龄、性别、细胞接种数量、给药剂量、频率、途径、治疗周期及终点指标。
阅读提示:请参见Methods中的Growth of human ovarian and breast cancer xenografts in mice部分。
分子检测
抗体信息(catalog号)、ChIP-qPCR引物序列、RT-qPCR条件、基因表达分析方法。
阅读提示:请参见Methods中的ChIP and RT-qPCR analysis、RNA extraction and RT-qPCR analysis及Supplemental Methods。
数据分析与统计
统计方法(如ANOVA、log-rank test)、软件版本(GraphPad Prism)、组合指数计算模型(CalcuSyn)、显著性水平。
阅读提示:请参见Methods中的Statistics部分。