慢性缺氧通过抑制自噬稳定3βHSD1

Chronic hypoxia stabilizes 3βHSD1 via autophagy suppression.

作者信息Liang Qin, Michael Berk, Yoon-Mi Chung, Di Cui, Ziqi Zhu, Abhishek A Chakraborty, Nima Sharifi
PMID38181788
期刊Cell Rep
发布时间2024-01-23
DOI10.1016/j.celrep.2023.113575

实验完整度

采用体外细胞模型(LNCaP、C4-2)结合药物抑制、基因敲降/过表达、蛋白质稳定性检测、组蛋白修饰分析,并利用小鼠异种移植模型进行体内验证。

重点核对

3βHSD1(367T)降解途径为自噬-溶酶体途径,而非蛋白酶体途径 慢性缺氧抑制自噬导致3βHSD1蛋白稳定 缺氧通过降低组蛋白乙酰化抑制ATG基因转录 HDAC抑制剂(vorinostat、sodium butyrate)恢复ATG基因表达 乙酸补充可逆转缺氧诱导的组蛋白低乙酰化

摘要

Progression of prostate cancer depends on androgen receptor, which is usually activated by androgens. Therefore, a mainstay treatment is androgen deprivation therapy. Unfortunately, despite initial treatment response, resistance nearly always develops, and disease progresses to castration-resistant prostate cancer (CRPC), which remains driven by non-gonadal androgens synthesized in prostate cancer tissues. 3β-Hydroxysteroid dehydrogenase/Δ5-->4 isomerase 1 (3βHSD1) catalyzes the rate-limiting step in androgen synthesis. However, how 3βHSD1, especially the "adrenal-permissive" 3βHSD1(367T) that permits tumor synthesis of androgen from dehydroepiandrosterone (DHEA), is regulated at the protein level is not well understood. Here, we investigate how hypoxia regulates 3βHSD1(367T) protein levels. Our results show that, in vitro, hypoxia stabilizes 3βHSD1 protein by suppressing autophagy. Autophagy inhibition promotes 3βHSD1-dependent tumor progression. Hypoxia represses transcription of autophagy-related (ATG) genes by decreasing histone acetylation. Inhibiting deacetylase (HDAC) restores ATG gene transcription under hypoxia. Therefore, HDAC inhibition may be a therapeutic target for hypoxic tumor cells.

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
本研究旨在探究慢性缺氧如何调控3βHSD1(367T)蛋白水平,特别是其降解机制。
核心机制
慢性缺氧通过降低组蛋白乙酰化抑制自噬相关基因(ATG)的转录,从而减少自噬介导的3βHSD1(367T)降解,导致其蛋白稳定。
主要证据
通过放线菌酮追踪实验证明缺氧稳定3βHSD1(367T);通过自噬抑制剂和激活剂处理以及BECN1/ATG5敲降证明其经自噬降解;通过组蛋白修饰检测和HDAC抑制剂处理证明缺氧降低组蛋白乙酰化;通过小鼠异种移植实验证明自噬抑制促进3βHSD1依赖性肿瘤生长。
研究意义
本研究揭示了缺氧调控雄激素合成的新的表观遗传机制,提出HDAC1可能作为缺氧前列腺癌的治疗靶点,特别是对依赖性腺外雄激素合成的肿瘤。

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

检测慢性缺氧对3βHSD1蛋白稳定性的影响

明确慢性缺氧是否增加3βHSD1蛋白稳定性。

在缺氧敏感(HS)和缺氧抵抗(HR)细胞中,使用放线菌酮(50 μM)阻断蛋白质合成,通过免疫印迹检测不同时间点3βHSD1和内参β-actin的水平。

2

鉴定3βHSD1(367T)的降解途径

确定3βHSD1(367T)是经蛋白酶体降解还是经自噬-溶酶体途径降解。

使用蛋白酶体抑制剂MG132和自噬抑制剂(bafilomycin A1、chloroquine、PIK-III、MRT68921、ULK-101)处理细胞,检测3βHSD1、LC3、P62等蛋白水平。

3

验证自噬对3βHSD1(367T)降解的调控

通过增强或抑制自噬来验证其是否调节3βHSD1(367T)水平。

使用自噬激活剂(tat-beclin 1、rapamycin、血清饥饿)处理细胞,或稳定敲降BECN1/ATG5,检测3βHSD1水平及雄激素合成效率。

4

确定缺氧对自噬水平的影响

比较缺氧敏感(HS)和缺氧抵抗(HR)细胞中自噬水平,探究缺氧是否抑制自噬。

通过稳定表达OFPSpark-LC3的细胞,在正常和血清饥饿条件下分析LC3斑点数量;通过免疫印迹检测LC3-I/II比例和LDH隔离实验分析自噬通量。

5

探究缺氧抑制自噬的分子机制

阐明慢性缺氧如何下调自噬相关基因表达。

比较HS和HR细胞中自噬调节因子(ATG蛋白)的蛋白和mRNA水平;检测组蛋白修饰(H3K9me2、H3K9ac、H3K27ac)的变化;使用HDAC抑制剂和ACSS敲降/过表达验证其对ATG转录的影响。

6

评估自噬抑制对体内肿瘤进展的影响

验证自噬抑制是否通过上调3βHSD1促进前列腺癌进展。

在HSD3B1敲除或对照的C4-2细胞中稳定敲降BECN1,进行小鼠异种移植实验,测量肿瘤体积和进展,并分析肿瘤中雄激素水平。

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。

检测蛋白质稳定性
检测基因和蛋白表达
检测类固醇激素水平
检测组蛋白修饰

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基--10-500
无酚红RPMI 1640培养基--16-500
Iscove改良Dulbecco培养基----
胎牛血清Gemini Bio100-106
炭处理胎牛血清Gemini Bio100-119
青霉素链霉素Gibco15140122
L-谷氨酰胺200mMGibco25030081
胰蛋白酶--589H100CUST
磷酸盐缓冲液--121-500
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher ScientificL3000015
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Thermo Fisher Scientific13778075
MG132Selleck ChemicalsS2619
巴弗洛霉素A1MedChemExpressHY-100558
氯喹二磷酸盐Sigma-AldrichC6628
PIK-IIISelleck ChemicalsS7683
MRT68921盐酸盐Selleck ChemicalsS7949
ULK-101Selleck ChemicalsS8793
Tat-beclin 1肽Selleck ChemicalsS8595
雷帕霉素Selleck ChemicalsS1039
3-甲基腺嘌呤Sigma-AldrichM9281
伏立诺他(SAHA)Selleck ChemicalsS1047
丁酸钠Sigma-AldrichB5887
帕比司他(LBH589)Selleck ChemicalsS1030
贝利司他(PXD101)Selleck ChemicalsS1085
UNC0642Selleck ChemicalsS7230
A-366Selleck ChemicalsS7572
乙酸溶液Sigma-Aldrich3863
二甲基亚砜(DMSO)Sigma-AldrichD2650
SuperSignal West Pico PLUS化学发光底物Thermo Fisher Scientific34578
PVDF膜----
ProSignal ECL印迹膜Genesee Scientific30-507L
GenElute哺乳动物总RNA小提试剂盒Sigma-AldrichRTN350-1KT
iScript cDNA合成试剂盒Bio-Rad170-8891
iTaq通用SYBR Green SupermixBio-Rad1725124
ABI-7500实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
[2,3,4-13C3]AD内标----
DHT-d3内标----
HPLC样品瓶----
Minilys匀浆器----
CellTiter-Glo 2.0细胞活力检测试剂盒PromegaG9241
蛋白质合成检测试剂盒Abcamab273286
Matrigel基底膜基质Corning354234
DHEA缓释片----
QuikChange Lightning多位点定向突变试剂盒Agilent Technologies210515
pCMV3-OFPSpark-LC3A质粒Sino BiologicalHG14322-ANR
pCMV3-HSD3B1-HA质粒Sino BiologicalHG14410-CY
pCMV3-HSPA8-Myc质粒Sino BiologicalHG11329-CM
pCMV3-ACSS1质粒Sino BiologicalHG12250-UT
pCMV3-ACSS2-HA质粒Sino BiologicalHG22964-CY
pcDNA3.1+-LAMP2-(K)DYK质粒GenScriptOHu23655D
pCMV3-HSD3B1(1245C)-HA质粒本实验室构建--
抗3βHSD1抗体Abcamab55268
抗β-actin抗体Sigma-AldrichA2228
抗LC3B抗体Cell Signaling2775
抗P62抗体Cell Signaling5114

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
培养基、血清类型、氧浓度(1% O2)、缺氧诱导方法
阅读提示:STAR Methods, Cell culture
蛋白质稳定性检测
环己酰亚胺浓度、处理时间点、细胞密度
阅读提示:Figure 1B and 1C, Methods
自噬抑制/激活
抑制剂浓度、处理时间、细胞系选择
阅读提示:Figure 2, Methods
基因敲降
shRNA靶序列、转染方法、敲降效率
阅读提示:STAR Methods, Recombinant DNA
异种移植实验
小鼠品系、年龄、注射细胞数、Matrigel比例、去势时间、DHEA缓释片剂量
阅读提示:STAR Methods, Xenograft studies, Figure 3
组蛋白修饰分析
抗体、组蛋白提取方法、检测指标
阅读提示:Figure 5, 6, Methods
类固醇激素测量
内标、衍生化方法、质谱参数
阅读提示:STAR Methods, Mass spectrometry