PLK1(polo样激酶1)依赖性自噬通过降解COX6A1(细胞色素c氧化酶亚基6A1)促进吉非替尼诱导的肝毒性

PLK1 (polo like kinase 1)-dependent autophagy facilitates gefitinib-induced hepatotoxicity by degrading COX6A1 (cytochrome c oxidase subunit 6A1).

作者信息Peihua Luo, Hao Yan, Jiangxia Du, Xueqin Chen, Jinjin Shao, Ying Zhang, Zhifei Xu, Ying Jin, Nengming Lin, Bo Yang, Qiaojun He
PMID33315519
期刊Autophagy
发布时间2021-10
DOI10.1080/15548627.2020.1851492

实验完整度

包含体外细胞实验、体内动物模型(Atg7+/-小鼠,AAV8敲低,BI-2536处理)、TMT蛋白质组学及功能验证(COX6A1过表达/敲低)等多层级证据。

主要模型

HL-7702人肝细胞系 人原代肝细胞 Atg7+/-杂合小鼠 C57BL/6小鼠模型 ICR小鼠模型

重点核对

吉非替尼浓度:20μM(体外),200mg/kg/天(体内) 自噬抑制:siATG5/siATG7、3-MA、CQ,Atg7+/-小鼠 PLK1干预:siPLK1、AAV8-shPlk1、PLK1抑制剂BI-2536 COX6A1检测:蛋白质印迹、免疫荧光、线粒体功能分析 凋亡检测:ANXA5-PI染色和流式细胞术

摘要

肝功能异常是吉非替尼(一种EGFR(表皮生长因子受体)酪氨酸激酶抑制剂(TKI))治疗EGFR突变阳性非小细胞肺癌(NSCLC)时突出的剂量限制性毒性。我们旨在阐明吉非替尼诱导肝毒性的机制,并提供潜在有效的干预策略。我们发现吉非替尼能依次激活肝细胞中的巨自噬/自噬和凋亡。抑制自噬可减轻吉非替尼诱导的凋亡,而抑制凋亡未能减少吉非替尼诱导的自噬。此外,肝脏特异性Atg7+/-杂合小鼠的肝损伤较载体对照组轻,表明自噬参与吉非替尼促进的肝毒性。机制上,吉非替尼通过自噬-溶酶体途径选择性降解重要的抗凋亡因子COX6A1(细胞色素c氧化酶亚基6A1)。吉非替尼诱导的COX6A1减少损害线粒体呼吸链复合物IV(RCC IV)功能,进而激活凋亡,从而引起肝损伤。值得注意的是,这种自噬促进的凋亡依赖于PLK1(polo样激酶1)。AAV8介导的Plk1敲低和PLK1抑制剂BI-2536均可通过消除COX6A1蛋白的自噬降解来减轻体内吉非替尼诱导的肝毒性。此外,抑制PLK1不会损害吉非替尼的抗癌活性。总之,我们的发现揭示了吉非替尼肝毒性途径,其中自噬通过COX6A1降解促进凋亡,并强调药理学抑制PLK1作为改善基于吉非替尼的癌症治疗安全性的有吸引力的治疗方法。

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
吉非替尼诱导肝毒性的机制是什么,以及如何干预?
核心机制
吉非替尼通过PLK1依赖性自噬选择性降解COX6A1,导致线粒体呼吸链复合物IV功能障碍,进而激活肝细胞凋亡和肝损伤。
主要证据
体外HL-7702和人原代肝细胞中,自噬抑制或COX6A1过表达减轻凋亡;体内Atg7+/-小鼠和PLK1敲低或BI-2536处理减轻肝损伤。
研究意义
揭示自噬促进凋亡的新途径,为吉非替尼肝毒性提供潜在干预靶点,PLK1抑制剂可能改善吉非替尼治疗安全性。

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

吉非替尼诱导肝细胞毒性和凋亡

验证吉非替尼对肝细胞的毒性作用及凋亡诱导。

用不同浓度吉非替尼处理HL-7702细胞和人原代肝细胞,通过SRB法测存活率,ANXA5-PI染色和流式细胞术检测凋亡,western blot检测c-PARP表达。

2

吉非替尼诱导的自噬激活及时间顺序

检测吉非替尼是否激活自噬,并确定自噬与凋亡的时间先后。

通过透射电镜观察自噬体,Ad-mCherry-GFP-LC3B检测自噬流,western blot检测LC3-II,时间梯度实验确认自噬先于凋亡。

3

自噬促进凋亡的验证

确定自噬是否作为凋亡的上游事件。

siRNA敲低ATG5或ATG7,检测凋亡变化;使用Z-VAD-FMK抑制凋亡,检测自噬是否受抑制;体内Atg7+/-小鼠验证肝损伤减轻。

4

筛选自噬降解的靶蛋白并验证COX6A1降解

鉴定自噬降解的关键蛋白,并验证COX6A1是否被自噬降解。

TMT定量蛋白质组学筛选差异蛋白,western blot验证;使用CQ、3-MA、siATG5、MG132、CHX等处理检测COX6A1水平;免疫荧光观察COX6A1与LC3、LAMP1共定位。

5

COX6A1降解导致线粒体复合物IV功能障碍和凋亡

证明COX6A1降解导致RCC IV功能障碍,进而促进凋亡。

过表达或敲低COX6A1,检测凋亡率;分离线粒体,测定RCC IV活性;处理分离线粒体验证吉非替尼非直接抑制。

6

PLK1依赖性自噬的验证

验证PLK1是否调节吉非替尼诱导的自噬和肝毒性。

通过qPCR和western blot检测PLK1表达,siRNA敲低和过表达PLK1,检测自噬和凋亡;体内AAV8-shPlk1敲低观察肝损伤。

7

PLK1抑制剂BI-2536的干预效果

评价BI-2536能否减轻吉非替尼诱导的肝毒性且不影响其抗癌活性。

体外HL-7702细胞检测LC3、COX6A1和凋亡;体内ICR小鼠腹腔注射BI-2536,检测肝功能和组织学;NSCLC细胞系评估抗癌活性。

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
RPMI-1640培养基Gibco21870076
胎牛血清Gibco16140071
青霉素-链霉素Gibco15140122
INVITROGROTM CP培养基BioreclamationIVTS03316
INVITRO TM HI培养基BioreclamationIVTZ99009
吉非替尼Sigma-AldrichSML1657
氯喹Sigma-AldrichC6628
MG132Sigma-AldrichM8699
3-甲基腺嘌呤Sigma-AldrichM9281
巴弗洛霉素A1Selleck ChemicalsS1413
BI-2536Selleck ChemicalsS1109
Z-VAD-FMKBeyotimec1202
厄洛替尼TargetmolT0373
阿法替尼TargetmolT2303
Ad-mCherry-GFP-LC3B腺病毒Vigene BiosciencesAD202001
线粒体分离试剂盒BeyotimeC3601
MitoCheck®复合物IV活性检测试剂盒Cayman Chemical Company2A-700990-96
Pharmingen™ FITC膜联蛋白V凋亡检测试剂盒IBD Pharmingen556547
FACSCalibur流式细胞仪BD--
MitoTrackerTM深红FMInvitrogenM22426
线粒体DNA提取试剂盒Abcamab65321
EasyPure®基因组DNA试剂盒TransgeneEE101-02
锇酸Sigma-Aldrich419494
醋酸铀酰Polysciences21447-25
柠檬酸铅HEDE BIOTECHNOLOGY Co.,LTD21447-25
福尔马林Sigma-AldrichF8775
伊红BeyotimeC0105
抗PLK1抗体Abcamab17056
蛋白酶KBeyotimeST532
TUNEL反应混合物Roche11684817910
TUNEL-过氧化物酶Roche11772465001
pCMV6-XL5-PLK1质粒OrigeneSC110978
pUC19-hNFE2L2质粒Sino Biological Inc.HG17384-U
EcoRI-HF限制酶New England BiolabsR3101V
XhoI限制酶New England BiolabsR0146S
T4 DNA连接酶New England BiolabsM0202S
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen11668-019
Oligofectamine转染试剂Invitrogen12252-011
PVDF膜Millipore CorporationIPVH00010
Western Lightning Plus-ECL增强化学发光底物PerkinElmerNEL105001EA
抗GAPDH抗体Santa Cruz Biotechnologysc-25778
抗HSPD1/HSP60抗体Santa Cruz Biotechnologysc-59567
抗HSP90抗体Santa Cruz Biotechnologysc-13119
抗TOMM20抗体Santa Cruz Biotechnologysc-17764
抗泛素抗体Santa Cruz Biotechnologysc-9133
抗LC3B抗体Cell Signaling Technology2775s
抗LC3A/B抗体Cell Signaling Technology4108s
抗ATG7抗体Cell Signaling Technology2631s
抗ATG5抗体Cell Signaling Technology8540s
抗裂解PARP抗体Cell Signaling Technology5625s
抗EGFR抗体Cell Signaling Technology4267s
抗PLK1抗体Abcamab17056
抗NFE2L2/NRF2抗体Abcamab62352
抗COX6A1抗体Proteintech11460-1-AP
抗TUBB8抗体ABGENTAP13248a
抗B2M抗体HuabioET1608-45
HRP标记二抗MultiSciences (Lianke) BiotechGAR007,
磺酰罗丹明BSigma-AldrichS1402
Trizol试剂Invitrogen15596-026
cDNA逆转录试剂盒TransgeneAT311
iTaq通用SYBR Green SupermixBio-Rad172-5124
Triton X-100BioFROXX1139ML100
牛血清白蛋白Sigma-AldrichB2064
Alexa Fluor 488、568、647偶联二抗Thermo Fisher ScientificA21202,
DAPIDojindoD212
抗LC3抗体Santa Cruz Biotechnologysc-376404
抗LAMP1抗体Cell Signaling Technology15665s
RNeasy小提试剂盒Qiagen--
安捷伦扫描仪G2505CAgilent Technologies--
二氯荧光素二乙酸酯BeyotimeS0033
AAV8-shPlk1腺相关病毒Vigene Biosciences--

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
细胞培养和处理
HL-7702细胞和人原代肝细胞来源;吉非替尼处理浓度和时间(5-20μM,24-48h);抑制剂浓度(Z-VAD-FMK 20μM,CHX 10μg/mL,3-MA 2mM,BI-2536 1nM等)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and treatment
自噬检测
Ad-mCherry-GFP-LC3B感染MOI和时间;巴弗洛霉素A1处理条件;透射电镜样品制备
阅读提示:Materials and methods: Autophagic flux measurement, Transmission electron microscopic analysis
动物模型
Atg7+/-小鼠的构建和基因型;C57BL/6和ICR小鼠品系;吉非替尼剂量200mg/kg/天灌胃4周;AAV8-shPlk1滴度和注射方式(4×10^11 vg/小鼠);BI-2536剂量5mg/kg每周两次
阅读提示:Materials and methods: Animals, Plk1 knockdown by adeno-associated virus (AAV), Figures 3 and 7 legends
蛋白质检测
抗体列表和稀释比例;蛋白质裂解量20-50μg;ECL底物使用
阅读提示:Materials and methods: Western blot
线粒体功能
线粒体分离方法;复合物IV活性检测步骤(50μg线粒体颗粒,底物孵育);COX6A1蛋白在细胞质和线粒体中的分布
阅读提示:Materials and methods: Mitochondria isolation, Activity evaluation of respiratory chain complex IV, Figure 5 and S5D legends