SOX2通过β-连环蛋白和Beclin1/自噬信号促进结直肠癌的化疗耐药、癌症干细胞特性和上皮-间质转化

SOX2 promotes chemoresistance, cancer stem cells properties, and epithelial-mesenchymal transition by β-catenin and Beclin1/autophagy signaling in colorectal cancer.

作者信息Yin Zhu, Shimiao Huang, Shengyuan Chen, Jiaxuan Chen, Zhiqing Wang, Yadong Wang, Haoxuan Zheng
PMID33953166
发布时间2021-05-05
DOI10.1038/s41419-021-03733-5

实验完整度

高

包含体外细胞功能实验、分子机制验证(ChIP、co-IP、荧光素酶报告基因)及体内异种移植模型,功能与机制验证齐全。

主要模型

SW480和SW620结直肠癌细胞系 HEK293T细胞 Balb/c裸鼠异种移植模型 90对CRC组织微阵列

重点核对

SOX2过表达或敲低对ABCC2、Beclin1表达的影响 ABCC2启动子区域SOX2结合位点(-1593~-1583) Beclin1启动子区域SOX2结合位点(-1400~-1390) β-连环蛋白敲低或过表达对SOX2介导的化疗耐药、干性和EMT的影响 自噬抑制剂3-MA或激活剂雷帕霉素对SOX2驱动的恶性表型的影响

摘要

性别决定区Y框2(SOX2)是胚胎干细胞和诱导多能干细胞的主调控因子,驱动癌症干细胞(CSCs)特性,促进肿瘤发生,并导致肿瘤的侵袭性。我们先前的研究已证明SOX2在结直肠癌(CRC)中的致癌作用。在本研究中,我们试图阐明其潜在机制。通过细胞功能实验检测体外化疗耐药、增殖、干性、迁移和侵袭。采用染色质免疫沉淀、免疫共沉淀、荧光素酶报告基因实验和免疫荧光实验探讨SOX2对ABCC2、β-连环蛋白和Beclin1的调控。通过CRC组织和异种移植模型分析SOX2-β-连环蛋白/Beclin1-ABCC2轴在体内的致癌作用。在此,我们报告SOX2通过转录激活ABCC2表达来维持化疗耐药。抑制β-连环蛋白或自噬信号均可抑制SOX2驱动的化疗耐药、干性和上皮-间质转化(EMT)。机制上,SOX2与β-连环蛋白结合并增加其核表达和转录活性。SOX2转录激活Beclin1表达,从而激活自噬并诱导恶性表型。此外,β-连环蛋白或Beclin1的过表达促进了ABCC2的表达。临床分析显示,ABCC2和Beclin1的高表达与SOX2呈正相关,并与CRC患者的不良预后相关。最后,异种移植模型显示,抑制SOX2表达和自噬可抑制体内肿瘤生长和化疗耐药。总之,我们证明了一种新机制,即SOX2-β-连环蛋白/Beclin1/自噬信号轴调控CRC中的化疗耐药、干性和EMT。我们的发现为CRC的发病机制提供了新的见解,并可能有助于开发潜在的CRC治疗候选药物。

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
SOX2如何通过β-连环蛋白和自噬信号通路调控结直肠癌的化疗耐药、癌症干细胞特性和上皮-间质转化?
核心机制
SOX2转录激活ABCC2和Beclin1,并与β-连环蛋白结合增加其核表达和转录活性,β-连环蛋白与SOX2协同转录调控ABCC2;自噬和β-连环蛋白信号通路互不干扰,分别介导SOX2的恶性表型。
主要证据
体外细胞功能实验显示SOX2过表达增加耐药、增殖、干性、迁移和侵袭,敲低则相反;ChIP和荧光素酶报告基因验证SOX2直接结合ABCC2和Beclin1启动子;体内异种移植模型显示SOX2敲低和自噬抑制(CQ)减少肿瘤生长并增加化疗敏感性;临床组织微阵列显示ABCC2和Beclin1与SOX2正相关且预后不良。
研究意义
揭示SOX2-β-连环蛋白/Beclin1/自噬轴在CRC中的新机制,为CRC治疗提供潜在靶点,并为自噬为基础的癌症治疗提供实验依据。

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

SOX2转录激活ABCC2并诱导化疗耐药

验证SOX2是否通过转录调控ABCC2表达来促进结直肠癌化疗耐药

通过qRT-PCR和western blot检测SW480和SW620细胞中ABC转运体表达;过表达或敲低SOX2后检测ABCC2水平;药物敏感性实验(SN38)评估耐药性;利用JASPAR预测启动子结合位点,ChIP和荧光素酶报告基因验证SOX2与ABCC2启动子结合。

2

验证β-连环蛋白在SOX2介导的恶性表型中的作用

确定β-连环蛋白是否作为SOX2的下游效应分子调控化疗耐药、干性和EMT

在SW480或SW620细胞中过表达或敲低β-连环蛋白,检测下游标志物表达;通过药物敏感性、细胞活力、肿瘤球形成、划痕和transwell实验评估功能变化;免疫荧光和co-IP验证SOX2与β-连环蛋白的相互作用。

3

研究SOX2对自噬的调控及其功能影响

探讨SOX2是否通过激活自噬参与恶性表型的调控

通过western blot检测自噬标志物(LC3B、P62)表达;用mRFP-GFP-LC3B腺病毒分析自噬流;透射电镜观察自噬小体;用自噬激动剂雷帕霉素和抑制剂3-MA处理细胞,评估对SOX2驱动表型的影响。

4

验证SOX2转录激活Beclin1启动自噬

阐明SOX2如何激活自噬,以及Beclin1在其中的作用

检测SOX2对Beclin1表达的影响;JASPAR预测Beclin1启动子结合位点;ChIP和荧光素酶报告基因验证SOX2结合Beclin1启动子;过表达或敲低Beclin1检测自噬流和恶性表型变化。

5

临床样本中SOX2、ABCC2和Beclin1的表达及预后关联

评估SOX2、ABCC2和Beclin1在CRC组织中的表达及其与临床病理特征和预后的关系

免疫组化检测90对CRC组织微阵列中SOX2、ABCC2和Beclin1的表达;统计分析表达与淋巴结转移、TNM分期及生存期的关系;Spearman相关分析验证SOX2与ABCC2、Beclin1的相关性。

6

体内验证SOX2和自噬对肿瘤生长及化疗耐药的影响

在体内模型中验证SOX2-β-连环蛋白/Beclin1/自噬轴对肿瘤生长和化疗耐药的作用

将稳定转染SOX2 shRNA的SW620细胞皮下注射到Balb/c裸鼠;使用自噬抑制剂CQ和化疗药伊立替康处理;测量肿瘤体积和重量;免疫组化检测SOX2、β-连环蛋白、Beclin1和ABCC2的表达。

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GibcoC11875500BT
DMEM培养基GibcoC11885500CP
胎牛血清Gibco10099-141
SN38(伊立替康活性代谢物)Sigma-AldrichH0165
5-氟尿嘧啶Selleck.cnS1209
奥沙利铂Selleck.cnS1224
雷帕霉素Sigma-Aldrich37094
3-甲基腺嘌呤Sigma-AldrichM9281
GAPDH抗体Cell Signaling Technology3683S
SOX2抗体Cell Signaling Technology23064S
ABCC2抗体Abcamab3373
β-连环蛋白抗体Abcamab22656
CD133抗体Abcamab19898
Snail抗体Cell Signaling Technology3879S
波形蛋白抗体Abcamab92547
N-钙粘蛋白抗体Cell Signaling Technology13116S
E-钙粘蛋白抗体Cell Signaling Technology3195S
组蛋白抗体Cell Signaling Technology4499S
c-Myc抗体Cell Signaling Technology9402S
细胞周期蛋白D1抗体Abcamab16663
Axin2抗体Abcamab32197
LC3B抗体Cell Signaling Technology43566S
P62抗体Cell Signaling Technology16177S
ULK1抗体Abcamab203207
Beclin1抗体Abcamab114071
ATG5抗体Cell Signaling Technology2630S
ATG7抗体Cell Signaling Technology2631S
ATG10抗体Abcamab124711
ATG12抗体Abcamab109491
抗兔IgGCell Signaling Technology7074S
抗小鼠IgGCell Signaling Technology7076S
EZ-ChIP试剂盒Millipore17-371
核质蛋白提取试剂盒BeyotimeP0027
SOX2抗体Cell Signaling Technology23064S
β-连环蛋白抗体Cell Signaling Technology2677S
蛋白A/G琼脂糖珠Santa Cruz Biotechnologysc-2003
CelLytic M裂解缓冲液Sigma-AldrichC2978
抗小鼠IgG/PEBiossbs-0296G-PE
抗兔IgG/FITCBiossbs-0295G-FITC
DAPI----
激光扫描共聚焦显微镜OlympusFV1000
mRFP-GFP-LC3B腺病毒Hanbio Co. Ltd.HB-AP2100001
ABCC2启动子报告基因Guangzhou Kidan BioTechnology Co. Ltd.--
Beclin1启动子报告基因Guangzhou Kidan BioTechnology Co. Ltd.--
TOP/FOP Flash报告基因GeneCopoeia--
Lipofectamine 3000转染试剂InvitrogenL3000-008
双荧光素酶报告基因检测试剂盒BeyotimeRG027
1%锇酸----
Spurr树脂Ted-Pella18300
透射电子显微镜JEOLJEM1230
组织微阵列Shanghai Outdo Biotech Co. Ltd.--
氯喹Sigma-AldrichC6628
伊立替康Sigma-AldrichI1406
SPSS 21.0----

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
SW480和SW620细胞系来源(ATCC),培养条件(RPMI 1640,10% FBS,5% CO2,37°C);HEK293T细胞来源(南方医院),培养条件(DMEM,10% FBS)。
阅读提示:Materials and methods 部分“Cell culture and reagents”
药物处理
SN38、5-Fu、奥沙利铂、雷帕霉素、3-MA的浓度和处理时间。
阅读提示:Materials and methods 部分“Cell culture and reagents”及图3图注
基因操作
SOX2、ABCC2、β-catenin、Beclin1过表达质粒构建载体;shRNA和siRNA序列及转染效率验证。
阅读提示:Materials and methods 部分“Cell line transfection”及补充图S2
分子机制验证
ChIP实验使用的抗体和引物;荧光素酶报告基因实验使用的启动子片段和突变体;co-IP使用的抗体和裂解条件。
阅读提示:Materials and methods 部分“Chromatin immunoprecipitation”、“Co-immunoprecipitation”及“Luciferase reporter assay”
体内实验
动物品系(Balb/c裸鼠)、周龄(4周)、性别(雌性)、细胞接种量(5×10^6/0.1mL)、给药方案(CQ 20mg/kg,伊立替康20mg/kg,腹腔注射,每3天一次)。
阅读提示:Materials and methods 部分“Animal experiments”及图7图注
临床样本分析
组织微阵列(90对CRC组织)的免疫组化评分标准(+至++++),高表达定义(>++),相关性和生存分析统计方法。
阅读提示:Materials and methods 部分“Tissue microarray”及图6图注