AXL-TBK1驱动的AKT3激活促进转移

AXL-TBK1 driven AKT3 activation promotes metastasis.

作者信息Emily N Arner, Dina Alzhanova, Jill M Westcott, Stefan Hinz, Crina Elena Tiron, Magnus Blø, Anja Mai, Reetta Virtakoivu, Natalie Phinney, Silje Nord, Kristina Y Aguilera, Ali Rizvi, Jason E Toombs, Tanner C Reese, Vidal Fey, David Micklem, Gro Gausdal, Johanna Ivaska, James B Lorens, Rolf A Brekken
PMID39689180
发布时间2024-12-17
DOI10.1126/scisignal.ado6057

实验完整度

包含体外细胞实验、体内动物模型、患者组织样本和组学分析等多个独立证据层级,并进行了功能验证(CRISPR KO、抑制剂)和机制验证(激酶实验、免疫共沉淀)。

主要模型

Panc1人胰腺癌细胞系 KPfC小鼠原代胰腺癌细胞系 KIC小鼠胰腺癌细胞系(Tbk1+/+和Tbk1Δ/Δ) C57BL/6小鼠原位胰腺癌模型

重点核对

Gas6刺激浓度和时间:200 ng/ml,30分钟 抑制剂使用浓度及预处理时间:AXLi(BGB324)2 μM 2小时,TBK1i(GSK8612)10 μM 2小时,AKT3i(BGB214)10 μM 2小时,mTORC1i(雷帕霉素)10 μM 24小时,mTORC2i(JR-AB2-011)10 μM 24小时 AKT3基因敲除方法:CRISPR-Cas9,在KPfC细胞中,使用Lipofectamine 2000转染 动物实验:C57BL/6小鼠原位注射250,000个细胞,19天后分析 对照设置:未刺激对照、空载体对照、AXLi或TBK1i处理的对照

摘要

受体酪氨酸激酶AXL通过诱导上皮-间质转化(EMT)促进肿瘤进展、转移和治疗抵抗。在此,我们发现AXL的激活导致TANK结合激酶1(TBK1)的磷酸化以及下游AKT3和Snail的激活,Snail是EMT的关键转录因子。机制上,我们证明TBK1直接结合并磷酸化AKT3,这一过程依赖于多蛋白复合物mTORC1。激活后,AKT3与Snail相互作用并促进Snail的核积累,从而导致EMT增强(通过标志物丰度评估)。在人胰腺导管腺癌组织中,核AKT3与Snail共定位并与较差的临床结果相关。缺乏AKT3的原代小鼠胰腺癌细胞在体内表现出减少的转移扩散,提示选择性抑制AKT3可能是靶向侵袭性癌症中EMT的潜在治疗途径。

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
AXL介导的信号通路如何通过TBK1激活AKT3并调控EMT和转移?
核心机制
AXL激活导致TBK1磷酸化,TBK1直接结合并磷酸化AKT3(可能通过mTORC1),磷酸化的AKT3与Snail相互作用并促进Snail的核积累和稳定,从而促进EMT和转移。
主要证据
体外实验显示Gas6刺激诱导TBK1依赖性AKT3磷酸化,AKT3敲除或抑制降低Snail水平并抑制侵袭;体内实验中AKT3缺失降低小鼠转移负担;人类PDA样本中核AKT3与Snail共定位且与不良预后相关。
研究意义
作者提出选择性抑制AKT3可能作为治疗侵袭性癌症的潜在途径,避免泛AKT抑制的毒性,并提示核AKT3可作为预后生物标志物。

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

分析AXL与AKT亚型表达的关联

确定在PDA和乳腺癌中AXL与哪一AKT亚型表达相关,以筛选候选亚型。

使用公开的GEO RNA测序数据和TCGA数据库进行基因共表达分析,评估AXL与AKT1、AKT2、AKT3表达的相关性;并通过免疫组化分析乳腺癌组织中AXL、EMT标志物与AKT亚型表达。

2

验证AXL刺激对AKT亚型磷酸化的影响

检测Gas6-AXL激活后各AKT亚型磷酸化变化,并确定是否依赖TBK1。

在Panc1细胞和KIC Tbk1+/+及Tbk1Δ/Δ细胞中,用Gas6刺激并加入或不加入AXLi、TBK1i,通过免疫沉淀和免疫印迹检测pAXL、pTBK1及各AKT亚型磷酸化。

3

评估AKT3对EMT标志物表达的影响

确定AKT3是否必要以及TBK1依赖性AKT3激活是否促进EMT。

在KPfC细胞中通过CRISPR-Cas9敲除AKT3,检测EMT标志物表达;在KIC Tbk1Δ/Δ细胞中表达组成性活化的myrAKT3,观察EMT标志物和3D侵袭能力的变化。

4

验证TBK1与AKT3的直接相互作用和磷酸化

证明TBK1直接结合并磷酸化AKT3。

通过免疫共沉淀检测内源和外源TBK1-AKT3复合物;使用重组TBK1和AKT3进行体外激酶实验,结合质谱鉴定AKT3磷酸化位点。

5

研究mTORC1在AKT3磷酸化中的作用

确定mTORC1是否参与AXL/TBK1诱导的AKT3磷酸化。

用mTORC1抑制剂雷帕霉素和mTORC2抑制剂JR-AB2-011预处理KIC Tbk1+/+细胞,Gas6刺激后检测pTBK1和pAKT3水平,并检测mTOR-TBK1相互作用。

6

分析Gas6刺激后AKT3和Snail的亚细胞定位

明确激活的AKT3和Snail是否在细胞核中积累以及是否依赖TBK1。

在Panc1细胞中,Gas6刺激并加入或不加入抑制剂,进行细胞分级分离,通过免疫印迹检测各组分中AKT3、pAKT3、Snail的水平;并通过共聚焦显微镜观察AKT3和Snail的共定位。

7

验证AKT3核定位对细胞侵袭的重要性

测试AKT3的核定位是否为其促进EMT和侵袭所必需。

构建AKT3-NLS1突变体(核定位信号突变),在KPfC AKT3 KO细胞中表达野生型或突变型AKT3,进行3D侵袭实验,比较侵袭能力。

8

研究AKT3对Snail蛋白稳定性的影响

确定AXL激活是否通过AKT3依赖性方式延长Snail半衰期。

在Panc1细胞中敲低AKT3(shRNA),进行环己酰亚胺(CHX)追踪实验,在Gas6存在或不存在的情况下,检测不同时间点Snail蛋白水平。

9

测试AKT3选择性抑制剂BGB214的效应

验证选择性抑制AKT3是否能阻断AKT3介导的Snail上调及细胞侵袭迁移。

测定BGB214(AKT3i)对AKT亚型的IC50;在Panc1和MDA-MB-231细胞中测试细胞活力;在Gas6刺激的Panc1细胞中检测AKT3、pAKT3、Snail水平;在3D迁移实验中测试其对侵袭的影响。

10

评估AKT3缺失对体内肿瘤转移的影响

在体内验证AKT3对肿瘤转移的促进作用。

将KPfC细胞(CAS9-EV、AKT3 KO、rescue)原位注射到C57BL/6小鼠胰腺,19天后分析原发肿瘤重量、转移灶数量、组织学及EMT标志物表达。

11

分析人肿瘤样本中AKT3定位与临床相关性

评估核AKT3是否与人类癌症的侵袭性和不良预后相关。

通过IHC检测人PDA和乳腺癌样本中AKT3、AXL和Snail的表达和定位,并进行生存分析(METABRIC数据库)。

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
华法林SelleckchemS4545
BGB324/贝美替尼BerGenBio--
GSK8612Selleck Chemicals--
BGB214BerGenBio--
雷帕霉素MedChemExpress--
JR-AB2-011MedChemExpress--
Expi293F细胞Thermo Fisher ScientificA14527
Expi293表达培养基Thermo Fisher ScientificA1435102
Lipofectamine 2000Thermo Fisher Scientific11668027
ExpiFectamine 293转染试剂盒Thermo Fisher ScientificA14525
Halt蛋白酶和磷酸酶抑制剂混合物Thermo Fisher ScientificPI78442
Benzonase核酸酶MilliporeSigmaE1014-5KU
蛋白A/G琼脂糖珠Santa Cruz Biotechnologysc-2003
牛血清白蛋白Research Products InternationalA30075
Nunc Maxi-Sorp 96C白色板Thermo Fisher Scientific437796
Supersignal ELISA Femto底物Thermo Fisher Scientific37374
GST-AKT3蛋白Enzo Life SciencesBML-SE369-0005
His-AKT3蛋白Novus BiologicalsNBP3-13999
GST-TBK1蛋白SignalChemT02-10G-05
无生长因子基底膜基质胶Corning354230
牛I型胶原蛋白Corning354231
大鼠尾I型胶原蛋白Corning354236
源自GSK3α的LANCE Ultra Ulight标记crosstide底物肽PerkinElmerTRF0106-M
铕标记LANCE Ultra抗磷酸化GSK3a (Ser21)抗体PerkinElmerTRF0202-M
TRIzol试剂Invitrogen--
RNeasy Mini试剂盒Qiagen--
TruSeq链式总RNA样本制备试剂盒Illumina--
NextSeq 500测序仪Illumina--
C57BL/6小鼠The Jackson Laboratory000664
Prolong Gold封片剂Life Technologies#P36931

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
细胞培养与刺激
细胞系、培养条件(DMEM+10% FBS等)、warfarin预处理浓度、Gas6刺激浓度和时间、抑制剂浓度和预处理时间
阅读提示:Materials and Methods: Cell culture, Human Gas6 preparation and cell stimulation
AKT3基因敲除
靶向sgRNA序列、转染试剂、筛选方法(GFP单克隆)、验证方法(PCR和免疫印迹)
阅读提示:Materials and Methods: CRISPR KO
蛋白检测(免疫印迹、免疫沉淀)
裂解缓冲液组成、抗体目录号和稀释度、免疫沉淀条件、总蛋白归一化方法
阅读提示:Materials and Methods: Immunoblotting, Immunoprecipitation
体外激酶实验
重组蛋白浓度、ATP浓度、反应缓冲液、反应时间和温度、质谱分析
阅读提示:Materials and Methods: In vitro kinase assay
3D侵袭实验
基质胶和胶原蛋白浓度、细胞接种密度、处理时间、分析深度
阅读提示:Materials and Methods: 3D culture experiments
动物实验
细胞系(KPfC变异)、注射细胞数、小鼠品系和性别、注射后时间点、结果分析标准
阅读提示:Materials and Methods: Animal studies