FOSL1通过超级增强子驱动的转录程序促进头颈部鳞状细胞癌转移

FOSL1 promotes metastasis of head and neck squamous cell carcinoma through super-enhancer-driven transcription program

作者信息Ming Zhang, Rosalie G Hoyle, Zhikun Ma, Bo Sun, Weixin Cai, Hongshi Cai, Nan Xie, Yadong Zhang, Jinsong Hou, Xiqiang Liu, Demeng Chen, Glen E Kellogg, Hisashi Harada, Yue Sun, Cheng Wang, Jiong Li
PMID33794365
期刊Mol Ther
发布时间2021-08-04
DOI10.1016/j.ymthe.2021.03.024

实验完整度

高

包括TCGA数据分析和临床样本验证,体外细胞功能实验(迁移、侵袭、成球)、体内动物模型(皮下、原位、PDX),以及ChIP-seq和RNA-seq等机制研究。

主要模型

HNSCC细胞系(UM-SCC1, FaDu) HNSCC患者来源异种移植(PDX)模型 裸鼠肿瘤模型(皮下和原位异种移植) TCGA HNSCC患者队列和临床组织样本(TMA)

重点核对

FOSL1敲低效率(shRNA和siRNA) SEs定义和MED1 ChIP-seq SR11302处理剂量和时间 PDX模型中肿瘤细胞来源和接种数量 统计方法和显著性阈值

摘要

先前,我们发现FOSL1在自发性小鼠模型中促进头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)癌症干细胞的转移。然而,其分子机制仍不清楚。在这里,我们证明FOSL1是主要的激活蛋白1(AP1)家族成员,在HNSCC肿瘤组织中显著上调,并与HNSCC的转移相关。机制上,FOSL1主要通过选择性结合中介体复合物在癌症干性和促转移基因(如SNAI2和FOSL1自身)上建立超级增强子(SEs)来发挥促进肿瘤发生和转移的功能。敲低FOSL1导致SEs的破坏和这些关键癌基因的表达抑制,从而抑制肿瘤起始和转移。我们还揭示了FOSL1的丰度与HNSCC中SNAI2的丰度正相关,且FOSL1和SNAI2的高表达与较短的总生存期和无病生存期相关。最后,在患者来源的异种移植模型中,FOSL1抑制剂SR11302的给药显著抑制了HNSCC的肿瘤生长和淋巴结转移。这些发现表明,FOSL1是一个通过SE驱动的转录程序促进HNSCC转移的主调控因子,可能代表一个有吸引力的治疗干预靶点。

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
FOSL1在HNSCC中促进转移的分子机制是什么?
核心机制
FOSL1作为主调控因子,与中介体复合物选择性结合,在癌症干性和促转移基因(如SNAI2和FOSL1自身)上建立超级增强子(SEs),驱动这些基因的高表达,从而促进肿瘤干性和转移。
主要证据
通过TCGA和临床样本分析发现FOSL1上调;体外和体内功能实验证明FOSL1促进迁移、侵袭和肿瘤生长;ChIP-seq显示FOSL1与MED1共定位在SEs,敲低FOSL1破坏SEs并抑制下游基因表达;PDX模型中SR11302抑制肿瘤生长和转移。
研究意义
FOSL1-SE驱动的转录程序可能作为HNSCC治疗的新靶点,为干预癌症干性和转移提供策略。

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

临床样本和数据库分析

评估FOSL1在HNSCC中的表达及其与临床病理特征的相关性。

使用TCGA数据库分析AP1家族成员表达,通过qRT-PCR和IHC检测HNSCC细胞系和组织样本(TMA)中FOSL1表达,并进行WGCNA和GO分析。

2

体外功能验证

验证FOSL1对HNSCC细胞迁移、侵袭和干性的影响。

使用shRNA和siRNA敲低FOSL1,进行伤口愈合、迁移和侵袭实验,流式细胞术分析ALDHhigh/CD44high CSC群体,肿瘤球形成实验和体外极限稀释分析。

3

体内功能验证

验证FOSL1对HNSCC肿瘤生长和转移的影响。

将敲低FOSL1的细胞注射裸鼠,进行皮下极限稀释实验和原位异种移植模型,评估肿瘤体积、重量和淋巴结转移。

4

转录组分析

鉴定FOSL1调控的基因和通路。

使用RNA-seq分析FOSL1敲低后的基因表达变化,通过IPA和GSEA分析富集通路和基因集。

5

表观遗传机制研究

阐明FOSL1与超级增强子的关系。

通过ChIP-seq分析FOSL1和MED1的全基因组结合位点,定义超级增强子,并比较FOSL1敲低后SEs的变化。

6

靶向干预实验

评估SR11302对HNSCC肿瘤生长和转移的抑制作用。

在HNSCC PDX原位模型中,使用SR11302处理,评估肿瘤体积、重量和淋巴结转移,并检测SE相关基因表达。

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----
DMEM-F12培养基----
胎牛血清Thermo Fisher--
青霉素-链霉素----
支原体污染检测试剂盒InvivoGen--
脂质体转染试剂RNAiMAXLife Technologies--
基质胶----
SR11302----
NucleoSpin RNA II RNA纯化试剂盒Machery-Nagel740955.20
NanoDrop One分光光度计Fisher Scientific--
M-MuLV逆转录酶New England BiolabsM0253L
SYBRGreen超混液Bio-Rad1708880
CFX Connect实时荧光定量PCR检测系统Bio-Rad--
二硫代双丙亚氨酸二甲酯Thermo Fisher20665
抗MED1抗体BethylA300-793A
抗FOSL1抗体Cell Signaling5281
NEBNext Ultra II DNA文库制备试剂盒NEBE7103S
NEBNext多重寡核苷酸(用于Illumina)NEBE7335S
CelLytic细胞裂解缓冲液Sigma-AldrichC3228
抗α-微管蛋白抗体Sigma AldrichT9026
抗CD44抗体Cell Signaling3750
抗CDH1抗体Cell Signaling3195
抗CDH2抗体Cell Signaling13116
抗SNAI2抗体Cell Signaling9585
Corning BioCoat基质胶侵袭小室Corning354480
Hema 3染色试剂盒Fisher123-869
ALDEFLUOR检测试剂盒STEMCELL Technologies01700
肿瘤解离试剂盒Miltenyi Biotec130-095-929
肿瘤细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-108-339
DMEM/F12培养基Fisher Scientific11330-032
B27添加剂Fisher Scientific17504044
N2添加剂Fisher Scientific17502048
青霉素-链霉素Fisher Scientific15140122
人重组EGFR&D Systems236-EG-01M
人重组碱性成纤维细胞生长因子R&D Systems233-FB-025/CF
VECTASTAIN Elite ABC试剂盒VectorPK-6101
抗泛角蛋白抗体Cell Signaling4545

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
细胞培养
HNSCC细胞系(UM-SCC1、FaDu等)的来源和培养基(DMEM或DMEM-F12)、FBS浓度、培养条件(37°C、5% CO2)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and siRNA transfection
基因敲低
shRNA序列和siRNA序列、转染试剂、转染浓度、敲低效率验证
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and siRNA transfection; Figure S2A
ChIP-seq
抗体(anti-FOSL1 #5281, anti-MED1 #A300-793A)、固定条件(DTBP和甲醛)、打断片段大小、SEs定义参数(ROSE)
阅读提示:Materials and methods: ChIP-quantitative real-time PCR, ChIP-seq, and SE analysis
PDX模型
PDX样本ID(394591)、植入方式、肿瘤细胞分离方法、接种数量(106)、SR11302剂量(10 mg/kg)和给药途径(腹腔注射)
阅读提示:Materials and methods: Animal studies; Results: Targeting FOSL1...
统计方法
统计检验(Student's t test, one-way ANOVA, Fisher's exact test)、显著性阈值(p < 0.05)、样本量和重复数
阅读提示:Materials and methods: Statistical analysis; Figure legends