饥饿失活的MTOR通过ULK1-SH3PXD2A/TKS5-MMP14通路触发卵巢癌细胞迁移

Starvation-inactivated MTOR triggers cell migration via a ULK1-SH3PXD2A/TKS5-MMP14 pathway in ovarian carcinoma.

作者信息Chiao-Yun Lin, Kai-Yun Wu, Lang-Ming Chi, Yun-Hsin Tang, Huei-Jean Huang, Chyong-Huey Lai, Chi-Neu Tsai, Chia-Lung Tsai
PMID37505094
期刊Autophagy
发布时间2023-12
DOI10.1080/15548627.2023.2239633

实验完整度

包含细胞水平(体外激酶、迁移、脂质结合)、PDX动物模型、临床样本和TCGA数据库分析等多层级证据,并进行了功能验证(siRNA、突变体)和机制验证(磷酸化位点鉴定)。

主要模型

卵巢癌细胞系(ES2、SKOV3、Kuramochi) PDX小鼠模型 临床卵巢癌和子宫内膜癌组织样本 TCGA卵巢癌数据队列

重点核对

HBSS处理时间(30分钟)和浓度(1 μM RAD001、1 μM MHY1485) ULK1和SH3PXD2A的siRNA敲低效率 SH3PXD2A六个磷酸化位点(S112A等)突变体 PDX模型中RAD001给药方案(2.5 mg/kg,每周两次,共四周)

摘要

SH3PXD2A/TKS5(SH3和PX结构域2A)是一种支架蛋白,促进侵袭足形成并调节细胞迁移;因此,SH3PXD2A的过表达已在多种癌症中被报道。然而,SH3PXD2A介导的细胞迁移信号通路的分子机制仍然未知。在此,我们表明饥饿诱导的巨自噬/自噬或MTOR抑制剂RAD001处理可提高卵巢癌细胞系中SH3PXD2A的表达。通过免疫共沉淀分析显示,SH3PXD2A与ULK1(unc-51样自噬激活激酶1)和MTOR形成复合物。此外,ULK1通过磷酸化SH3PXD2A的丝氨酸残基112、142、146、147、175和348影响蛋白质稳定性。SH3PXD2A中这六个残基的突变减少了ULK1介导的磷酸化,阻断了RAD001处理对SH3PXD2A的诱导,并降低了其与细胞膜磷脂磷脂酰肌醇-3-磷酸(PtdIns3P)的结合,相对于卵巢癌细胞中MMP14(基质金属蛋白酶14)的募集。最后,PDX小鼠模型显示,给予RAD001可诱导肿瘤组织中SH3PXD2A的表达。使用western blotting评估了SH3PXD2A在卵巢癌和子宫内膜癌中的临床影响。在临床标本中发现了MTOR介导的磷酸化ULK1与SH3PXD2A蛋白之间的负相关。此外,TCGA数据库显示,肿瘤病灶中SH3PXD2A RNA/蛋白表达较高的卵巢癌患者的累积总生存期较SH3PXD2A表达较低的患者缩短。我们的结果表明,ULK1-SH3PXD2A-MMP14轴可能调节卵巢癌的生物学侵袭性,并可作为该恶性肿瘤的治疗靶点。

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
饥饿诱导的自噬过程中,MTOR-ULK1轴如何调控SH3PXD2A并促进卵巢癌细胞迁移?
核心机制
饥饿抑制MTOR,激活ULK1,ULK1磷酸化SH3PXD2A(S112, S142, S146, S147, S175, S348),增强其蛋白稳定性,促进其与PtdIns3P结合并募集MMP14,从而增强细胞迁移。
主要证据
体外实验显示HBSS或RAD001诱导SH3PXD2A表达,ULK1敲低或MTOR激活剂阻断该诱导;ULK1直接磷酸化SH3PXD2A并稳定其蛋白;SH3PXD2A-6A突变体降低PtdIns3P结合、MMP14相互作用和细胞迁移。PDX模型和临床样本验证了该通路的相关性,TCGA数据显示SH3PXD2A高表达与较差总生存期相关。
研究意义
该研究提出ULK1-SH3PXD2A-MMP14轴可能作为卵巢癌的治疗靶点,并提示SH3PXD2A可能作为预后标志物。

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

诱导自噬并检测SH3PXD2A表达

验证饥饿或MTOR抑制是否调节SH3PXD2A表达。

用HBSS或RAD001处理卵巢癌细胞系,通过western blot检测SH3PXD2A、LC3B、p-MTOR等蛋白水平。用MHY1485处理验证MTOR激活的阻断作用。用phos-tag凝胶检测SH3PXD2A磷酸化。

2

验证SH3PXD2A与ULK1和MTOR的相互作用

确定ULK1和SH3PXD2A是否在物理上相互作用及作用结构域。

通过免疫共沉淀、免疫荧光共定位分析内源相互作用。通过表达截短突变体,用pull-down鉴定结合结构域。

3

鉴定ULK1磷酸化SH3PXD2A的位点

确定ULK1介导的SH3PXD2A磷酸化位点及其功能重要性。

体外激酶实验、质谱分析鉴定磷酸化位点。用点突变体验证对磷酸化和蛋白诱导的影响。

4

检测ULK1对SH3PXD2A蛋白稳定性的影响

验证ULK1磷酸化是否通过泛素-蛋白酶体途径影响SH3PXD2A稳定性。

用CHX处理检测蛋白半衰期,用MG132处理后免疫沉淀检测泛素化水平。

5

评估ULK1-SH3PXD2A轴对细胞迁移的影响

验证ULK1和SH3PXD2A及磷酸化位点对卵巢癌细胞迁移的功能重要性。

用siRNA敲低ULK1或SH3PXD2A,或用SH3PXD2A-6A突变体过表达,通过划痕实验和Transwell迁移实验评估迁移能力。

6

验证磷酸化位点对脂质结合和MMP14募集的影响

验证SH3PXD2A磷酸化对其与细胞膜磷脂结合及MMP14相互作用和活性的作用。

用PIP阵列检测与PtdIns3P的结合。用免疫沉淀检测与MMP14的相互作用,用明胶酶谱法检测MMP14活性。

7

在体内和临床样本中验证通路相关性

验证RAD001在体内诱导SH3PXD2A表达,并分析其与临床病理特征和预后的关系。

PDX小鼠模型给予RAD001,通过western blot和免疫组化检测SH3PXD2A。临床样本中通过western blot检测蛋白表达。TCGA数据库分析SH3PXD2A表达与生存期的关系。

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/F12培养基ThermoFisher Scientific11320033
RPMI培养基ThermoFisher Scientific11875119
青霉素和链霉素ThermoFisher Scientific--
RAD001(依维莫司)MedChemExpressHY-10218
MHY1485MedChemExpressHY-B0795
MG132Santa Cruz Biotechnologysc-201270
pNTAP载体Agilent Technologies240101
pCMV-3×Flag载体Agilent Technologies240203
pFN21A载体PromegaG2821
In-Fusion HD克隆试剂盒Clontech638951
Q5定点突变试剂盒New England BiolabsE0554S
脂质体RNAiMAX转染试剂ThermoFisher Scientific13778150
jetPRIME转染试剂Polyplus101000046
GenJet转染试剂SignaGen LaboratoriesSL100489
RIPA裂解液----
Triton X-100Sigma-AldrichT6878
IGEPAL-CA630Sigma-Aldrich18896
十二烷基硫酸钠Sigma-Aldrich75746
脱氧胆酸盐Sigma-AldrichD6750
蛋白酶和磷酸酶抑制剂Bionovas BiotechnologyFC00700001
SH3PXD2A抗体Cell Signaling Technology16619
LC3抗体Cell Signaling Technology3868
MTOR抗体Epitomics1612–1
磷酸化MTOR (Ser2448)抗体Cell Signaling Technology5536
ULK1抗体Cell Signaling Technology8054
磷酸化ULK1 (Ser757)抗体Cell Signaling Technology14202
MMP14抗体ABclonal biotechnologyA2549
CBP标签抗体Millipore05–932
Halo标签抗体PromegaG921A
GAPDH抗体Santa Cruz Biotechnologysc-32233
ACTB抗体Santa Cruz Biotechnologysc-47778
TUBA抗体Santa Cruz Biotechnologysc-32293
辣根过氧化物酶标记二抗Santa Cruz Biotechnology--
Halo标签蛋白纯化系统Promega--
二硫苏糖醇ThermoFisher ScientificY00147
HaloLink树脂PromegaG1912
HaloTEV酶PromegaG6601
ULK1激酶SignalChemU01-11G
激酶缓冲液1SignalChemK01-09
抗磷酸化丝氨酸/苏氨酸抗体MilliporeAB1603
Phos-tag凝胶FUJIFILM Wako Chemicals198–17981
磷脂酰肌醇磷酸酯阵列Echelon BiosciencesP-6100
M2磁珠Sigma-AldrichM8823
链霉亲和素磁珠ThermoFisher ScientificSA10004
抗体-蛋白A/G磁珠ThermoFisher Scientific10003D
趋化小室(8 μm孔径)CorningCLS3422
两孔迁移插件ibidi81176
SH3PXD2A抗体Proteintech18976-1-AP
Leica Bond-MAX染色机Leica Biosystems--
Alexa Fluor 488荧光染料Thermo Fisher ScientificA11001
Alexa Fluor 549荧光染料Thermo Fisher ScientificA11010
Leica TCS SP2共聚焦激光扫描显微镜Leica Microsystems GmbH--
考马斯亮蓝R-250Bio-Rad1610436
自噬检测试剂盒Abcamab139484
BD LSRFortessa流式细胞仪BD Biosciences--
Q Exactive HF质谱仪Thermo Fisher--
UltiMate 3000 RSLCnano系统Thermo Fisher--
Sep-Pak C18柱Waters Associates--

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
细胞培养与处理
细胞系来源、培养基、血清浓度、抗生素浓度、RAD001浓度(1 μM)和处理时间(24小时)、MHY1485浓度(1 μM)、CHX浓度(10 μg/mL)、MG132浓度(5 μM)
阅读提示:Materials and methods中的Culture and treatment of cell lines
DNA构建与转染
载体信息、插入片段、诱变引物、转染试剂、转染时间(48小时)
阅读提示:Materials and methods中的DNA construction和Transfection of small interfering (si) RNA and DNA
蛋白相互作用分析
抗体信息、裂解缓冲液、免疫沉淀条件
阅读提示:Materials and methods中的Immunoprecipitation
磷酸化位点鉴定
激酶用量、ATP浓度、反应时间和温度、质谱参数
阅读提示:Materials and methods中的Protein purification and in vitro kinase assay和Tandem mass spectrometry-based protein identification
细胞迁移实验
细胞数量、处理时间(24小时)、划痕宽度、Transwell孔径
阅读提示:Materials and methods中的Transwell migration assay和Wound closure assay
体内实验
PDX模型建立、RAD001给药剂量(2.5 mg/kg)、频率(每周两次)和持续时间(四周)
阅读提示:Materials and methods中的Patient-derived xenograft (PDX) model
临床样本分析
临床样本来源、伦理审批、蛋白提取方法、抗体、TCGA数据库版本和样本量
阅读提示:Materials and methods中的Collection of human ovarian and endometrial cancer specimens和Data analysis