SPARCLE,一种p53诱导的lncRNA,通过促进PARP-1裂解控制基因毒应激后的细胞凋亡

SPARCLE, a p53-induced lncRNA, controls apoptosis after genotoxic stress by promoting PARP-1 cleavage.

作者信息Karla F Meza-Sosa, Rui Miao, Francisco Navarro, Zhibin Zhang, Ying Zhang, Jun Jacob Hu, Corrine Corrina R Hartford, Xiao Ling Li, Gustavo Pedraza-Alva, Leonor Pérez-Martínez, Ashish Lal, Hao Wu, Judy Lieberman
PMID35104452
期刊Mol Cell
发布时间2022-02-17
DOI10.1016/j.molcel.2022.01.001

实验完整度

包含体外细胞实验、体内异种移植瘤模型、RNA-seq、RAP-MS、MST等多层级验证,明确功能与机制验证。

主要模型

HCT116细胞系 A549细胞系 HepG2细胞系 裸鼠异种移植瘤模型

重点核对

miR-34b/c敲除、p53RE2敲除和SPARCLE敲除细胞系的构建及验证 SPARCLE敲除后DNA损伤诱导的凋亡降低,与p53敲除相似 SPARCLE与PARP-1的直接结合及亲和力 SPARCLE增强caspase-3介导的PARP-1裂解 NT-PARP-1过表达恢复SPARCLE缺陷细胞的凋亡

摘要

p53是基因毒应激反应的主要转录调控因子,在DNA损伤后控制细胞周期阻滞和细胞凋亡。在此,我们鉴定了一个p53诱导的lncRNA SPARCLE(自杀性PARP-1裂解增强子),其位于miR-34b/c附近,是p53介导的细胞凋亡所必需的。SPARCLE是一个约770个核苷酸的核内lncRNA,在DNA损伤后一天被诱导。尽管表达水平低(<16拷贝/细胞),SPARCLE缺失会增加DNA修复并减少DNA损伤诱导的细胞凋亡,其程度与p53缺失相当,而其过表达可恢复p53缺陷细胞中的细胞凋亡。SPARCLE不改变基因表达。SPARCLE以纳米摩尔亲和力结合PARP-1,并通过作为caspase-3的辅因子促进PARP-1裂解,从而将PARP-1的N端(NT)DNA结合域与其催化域分开,引起细胞凋亡。NT-PARP-1抑制DNA修复。在SPARCLE缺陷细胞中表达NT-PARP-1可增加未修复的DNA损伤并恢复DNA损伤后的细胞凋亡。因此,SPARCLE通过促进PARP-1裂解来增强p53诱导的细胞凋亡,这干扰了DNA损伤修复。

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
p53诱导的lncRNA SPARCLE在DNA损伤后如何调控细胞凋亡?
核心机制
SPARCLE与PARP-1结合,作为caspase-3的辅因子促进PARP-1裂解,产生NT-PARP-1,该片段抑制DNA修复,导致未修复的DNA损伤积累,从而促进细胞凋亡。
主要证据
通过基因敲除和过表达实验、RNA-seq、RAP-MS、MST、体外裂解实验及体内异种移植瘤模型证明,SPARCLE缺失减少凋亡,过表达SPARCLE或NT-PARP-1可恢复凋亡。
研究意义
SPARCLE是p53介导凋亡的关键因子,其缺失可能导致肿瘤对化疗耐药,为p53功能研究提供新视角,并可能成为治疗靶点。

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

miR-34b/c敲除细胞系的建立与表型分析

验证miR-34家族在p53介导凋亡中的冗余性,并意外发现miR-34b/c缺失导致凋亡缺陷。

使用TALEN技术敲除HCT116细胞中的miR-34b/c,并用流式细胞术检测凋亡和细胞周期。

2

SPARCLE鉴定与表征

鉴定miR-34b/c敲除细胞中凋亡缺陷的原因,并确定SPARCLE为p53诱导的lncRNA。

通过qRT-PCR、5'RACE、circular RACE、细胞分级、smFISH和ChIP分析SPARCLE的表达、定位和p53依赖性。

3

SPARCLE功能验证

验证SPARCLE对DNA损伤诱导凋亡的必需性,并测试其过表达能否恢复凋亡。

通过CRISPR/Cas9n敲除SPARCLE,或过表达SPARCLE片段,检测凋亡和细胞周期变化。

4

SPARCLE作用机制研究

探究SPARCLE是否通过转录调控或蛋白相互作用发挥作用。

通过RNA-seq分析SPARCLE对基因表达的影响,通过RAP-MS和RIP鉴定SPARCLE相互作用蛋白,并通过MST验证结合亲和力。

5

DNA修复抑制与体内验证

验证SPARCLE是否抑制DNA修复,并评估其在体内的作用。

通过γH2A.X foci和TUNEL染色检测DNA损伤,通过COMET assay评估DNA修复,通过HR和NHEJ报告基因检测修复通路,并利用异种移植瘤模型评估SPARCLE对化疗敏感性的影响。

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
杜氏改良Eagle培养基ThermoFisher Scientific--
胎牛血清ThermoFisher Scientific--
青霉素-链霉素ThermoFisher Scientific--
盐酸多柔比星Sigma-AldrichD1515-10MG
新制癌菌素Sigma-Aldrich9014-02-2
Nutlin-3Sigma-AldrichN6287-5MG
喜树碱Sigma-Aldrich7689-03-4
奥拉帕尼Sigma-AldrichSML1858-5MG
Lipofectamine 2000ThermoFisher Scientific11668019
Lipofectamine RNAiMAXThermoFisher Scientific13778075
Opti-MEM I减血清培养基ThermoFisher Scientific11058021
TRIzol试剂ThermoFisher Scientific15596026
TURBO无DNA试剂盒ThermoFisher ScientificAM1907
TaqMan microRNA逆转录试剂盒ThermoFisher Scientific4366597
TaqMan通用PCR预混液ThermoFisher Scientific4364341
SuperScript IV VILO预混液ThermoFisher Scientific11756050
SsoFast EvaGreen预混液Bio-Rad1725204
Annexin V AlexaFluor647偶联抗体ThermoFisher ScientificA23204
LIVE/DEAD可固定死细胞染料ThermoFisher ScientificL34963
碘化丙啶Sigma-Aldrich81845-25MG
FACSCanto II流式细胞仪BD Biosciences--
FlowJo软件FlowJo, LLC--
PARP-1抗体(B-10)Santa Cruz Biotechnologysc-74470
Ku80/Ku86抗体(B-1)Santa Cruz Biotechnologysc-5280
Lamin A抗体(E-1)Santa Cruz Biotechnologysc-376248
caspase-3抗体Abcamab208161
β-肌动蛋白抗体Developmental Studies Hybridoma BankJLA20-c
α-微管蛋白抗体Sigma-AldrichT5168
磷酸化组蛋白H2A.X (Ser139)抗体Cell Signaling Technology9718S
山羊抗兔IgG Alexa Fluor 488二抗ThermoFisher ScientificA-11034
链霉亲和素磁珠M-280ThermoFisher Scientific11205D
苯zonase核酸酶Millipore71206
蛋白A磁珠ThermoFisher Scientific10001D
蛋白G磁珠ThermoFisher Scientific10009D
人重组PARP-1蛋白Sino Biological11040-H08B
人重组Ku70/Ku80蛋白Sino BiologicalCT018-H07B
Monolith NT.115NanoTemper Technologies--
人重组裂解caspase-3蛋白Abcamab52101
MEGAScript T7转录试剂盒ThermoFisher ScientificAM1334
NEBNext Ultra II方向性RNA文库制备试剂盒New England BiolabsE7760S
FirstChoice RLM-RACE试剂盒ThermoFisher ScientificAM1700
CloneJET PCR克隆试剂盒ThermoFisher ScientificK1231
QIAquick PCR纯化试剂盒Qiagen28104
T4 RNA连接酶New England BiolabsM0204S
SuperScript III逆转录酶ThermoFisher Scientific18080093
RNaseOUTThermoFisher Scientific10777019
Phusion高保真DNA聚合酶New England BiolabsM0530S
p53抗体(DO-1)Santa Cruz Biotechnologysc-126
cOmplete蛋白酶抑制剂混合物MilliporeSigma4693159001
MinElute PCR纯化试剂盒Qiagen28004
APO-BrdU TUNEL检测试剂盒ThermoFisher ScientificA23210
彗星检测试剂盒Trevigen4250-050-K
双荧光素酶报告系统PromegaE1910
pGL3-Basic质粒PromegaE1751
裸鼠The Jackson Laboratory--
TUNEL检测试剂盒-HRP-DABAbcamab206386
VECTASHIELD防淬灭封片剂Maravai LifeSciencesH-1000
Stellaris RNA FISH探针Biosearch Technologies--
Axiovert 200M显微镜Carl Zeiss--

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
细胞系来源(ATCC),培养基(DMEM),血清浓度(10% FBS),抗生素(100 U/mL青霉素,100 μg/mL链霉素),培养条件(37°C,5% CO2)
阅读提示:STAR★METHODS, Cell lines and culture conditions
基因编辑
TALEN和CRISPR/Cas9n设计靶点,转染方法(Lipofectamine 2000),筛选浓度(2 μg/mL puromycin),克隆验证(qPCR和测序)
阅读提示:STAR★METHODS, Generation of miR-34b/c KO and p53RE2 KO HCT116 cells using TALENs; Generation of SPARCLE KO HCT116, A549 and HepG2 cells using CRISPR/Cas9
药物处理
处理药物及浓度:DOX(1 μM)、NCS(200 ng/mL)、nutlin-3(50 μM)、CPT(100 nM)、亚砷酸钠(15 μM)、X射线(4 Gy),处理时间(48小时)
阅读提示:STAR★METHODS, Cell treatments
凋亡检测
Annexin V染色试剂及浓度(4 μL/100 μL),流式细胞仪型号(FACSCanto II),处理时间(48小时)
阅读提示:STAR★METHODS, Annexin V staining
蛋白质印迹
抗体及稀释度(如PARP-1抗体1:1000),转膜条件(PVDF膜),发光底物(SuperSignal West Femto)
阅读提示:STAR★METHODS, Immunoblot
RAP-MS
UV交联时间,核裂解物制备,探针浓度(5 μg),链霉亲和素磁珠孵育时间,质谱分析平台
阅读提示:STAR★METHODS, RNA antisense purification-mass spectrometry (RAP-MS)
MST
重组蛋白浓度(25 nM),RNA浓度梯度,缓冲液(MST缓冲液),孵育时间(30分钟)
阅读提示:STAR★METHODS, Microscale thermophoresis (MST)
体外裂解实验
PARP-1蛋白用量(50 ng),caspase-3用量(0.5 U),RNA与PARP-1摩尔比(1:1000至1:100),反应时间(10分钟)
阅读提示:STAR★METHODS, PARP-1 in vitro cleavage
异种移植模型
动物品系(nu/nu小鼠)、周龄(6周)、细胞接种量(3×10^6)、给药方案(8 mg/kg DOX每周腹腔注射)、处死时间(40天后)
阅读提示:STAR★METHODS, Animal experiments