双等位FBXW7敲除诱导邻近野生型细胞中AKAP8介导的DNA损伤

Biallelic FBXW7 knockout induces AKAP8-mediated DNA damage in neighbouring wildtype cells.

作者信息Dedrick Kok Hong Chan, Amit Mandal, Svenja Hester, Zhanru Yu, Geoff Stuart Higgins, Benedikt Mathias Kessler, Roman Fischer, Simon James Alexander Buczacki
PMID37386001
发布时间2023-06-29
DOI10.1038/s41420-023-01494-y

实验完整度

高

研究包含体外细胞模型、CRISPR-Cas9基因敲除、共培养、质谱、过表达/敲除验证及TCGA数据验证,多层次证据。

主要模型

RKO细胞系 LS513细胞系 TCGA-COAD患者数据

重点核对

FBXW7基因敲除是否影响细胞增殖 共培养条件下野生型细胞是否产生DNA损伤 AKAP8对DNA损伤是否必要充分 凋亡是否参与增殖差异

摘要

结直肠癌具有显著的瘤内异质性。虽然Vogelstein驱动突变之间的亚克隆相互作用已被广泛研究,但对于其他癌症驱动突变的亚克隆群体之间的竞争或合作效应知之甚少。FBXW7是一种癌症驱动突变,存在于近17%的结直肠癌细胞中。在本研究中,我们使用CRISPR-Cas9生成了同基因FBXW7突变细胞。我们发现在FBXW7突变细胞中氧化磷酸化和DNA损伤上调,令人惊讶的是,与野生型细胞相比,其增殖速率降低。为了确定亚克隆相互作用,使用Transwell系统将野生型和突变型FBXW7细胞共培养。与FBXW7突变细胞共培养的野生型细胞同样出现DNA损伤,而野生型细胞与其他野生型细胞共培养时未观察到该现象,表明FBXW7突变细胞在诱导邻近野生型细胞中的DNA损伤。通过质谱分析,我们确定AKAP8由FBXW7突变细胞分泌到共培养基中。此外,在野生型细胞中过表达AKAP8重现了共培养期间观察到的DNA损伤表型,而野生型细胞与双突变FBXW7−/−/AKAP8−/−细胞共培养则消除了DNA损伤表型。在此,我们描述了一种迄今未知的现象,即FBXW7突变细胞通过AKAP8介导的DNA损伤传递给邻近的野生型细胞。我们的发现证明了阐明癌症驱动突变在亚克隆群体之间的局部效应的重要性。

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
FBXW7突变亚克隆如何与野生型亚克隆相互作用,对邻近细胞产生何种效应?
核心机制
FBXW7−/−细胞通过分泌AKAP8诱导邻近野生型细胞DNA损伤。
主要证据
共培养实验显示野生型细胞DNA损伤增加;AKAP8过表达模拟表型,FBXW7−/−/AKAP8−/−双突变消除表型。
研究意义
揭示亚克隆间新互作机制,提示驱动突变可通过微环境影响邻近细胞。

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

生成FBXW7敲除细胞

构建同基因FBXW7突变细胞模型

利用CRISPR-Cas9在RKO和LS513细胞中敲除FBXW7,经Sanger测序和Western blot验证。

2

表征细胞增殖与凋亡

比较FBXW7−/−与野生型细胞的增殖和凋亡差异

通过活细胞成像、EdU掺入、RT-PCR检测增殖,流式和ELISA检测凋亡。

3

转录组与代谢分析

探究FBXW7敲除对细胞代谢通路的影响

对RKO野生型和FBXW7−/−细胞进行RNA-seq,GSEA分析,并验证氧化磷酸化上调。

4

评估共培养对DNA损伤的影响

检验FBXW7−/−细胞对邻近野生型细胞DNA损伤的影响

使用Transwell共培养系统,分离细胞后通过免疫荧光和彗星实验检测DNA损伤。

5

蛋白质组学分析

鉴定FBXW7−/−细胞分泌的潜在致病因子

对共培养细胞及培养基进行质谱分析,比较蛋白表达差异。

6

验证AKAP8作用

验证AKAP8是否诱导DNA损伤

在野生型细胞中过表达AKAP8,检测DNA损伤;生成FBXW7−/−/AKAP8−/−双突变细胞,共培养观察表型消失。

7

TCGA数据验证

验证细胞模型结果在患者数据中是否重现

分析TCGA-COAD数据中FBXW7突变与野生型肿瘤的转录组差异,GSEA确认氧化磷酸化上调。

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Gibco--
胎牛血清Gibco--
青霉素-链霉素Gibco--
TrypLe消化液Gibco--
PlasmoTest支原体检测试剂盒InvivoGen--
Cas9蛋白Sigma-Aldrich--
sgRNASynthego--
Neon转染系统ThermoFisher--
RIPA裂解液ThermoFisher--
蛋白酶抑制剂混合物Sigma-Aldrich--
磷酸酶抑制剂混合物Sigma-Aldrich--
BCA蛋白定量试剂盒ThermoFisher--
NuPage 4-12% Bis-Tris凝胶Invitrogen--
硝酸纤维素膜----
兔抗人FBXW7抗体BiossBS-8394R
兔抗人ATP5A抗体Abcamab176569
兔抗人HSP60抗体Abcamab46798
兔抗人AKAP95抗体Abcamab134923
兔抗人GAPDH抗体Abcamab9485
山羊抗兔抗体Abcamab6721
ChemiDoc XRS+成像系统Bio-Rad--
RNeasy小型RNA提取试剂盒Qiagen--
SuperScript IV VILO预混液Invitrogen--
TaqMan快速高级预混液Applied Biosystems--
TaqMan探针Applied BiosystemsHs04260396_g1,
StepOnePlus实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
IncuCyte活细胞成像系统Sartorius--
Click-iT EdU Alexa Fluor 647流式检测试剂盒Invitrogen--
Annexin V凋亡检测试剂盒(带7-AAD)Stemcell Technologies--
CytoFLEX流式细胞仪Beckman Coulter--
ELDA网络工具----
Seahorse实时ATP速率检测试剂盒Agilent--
Seahorse XFe96分析仪Agilent--
人裂解型Caspase-3 ELISA试剂盒Invitrogen--
人组织蛋白酶B ELISA试剂盒Abcam--
钙蛋白酶活性检测试剂盒Abcam--
POLARstar Omega酶标仪BMG Labtech--
NanoDrop One分光光度计ThermoFisher--
Agilent 2100生物分析仪Agilent--
Transwell插入式细胞培养小室Corning--
8孔µ-Slide培养玻片ibidi--
Andor Dragonfly高速共聚焦显微镜Oxford Instruments--
彗星实验试剂盒biotechne--
Vivacon 500超滤管Sartorius--
Acclaim PepMap 100 C18 HPLC柱ThermoFisher--
Ultimate 3000超高效液相色谱系统ThermoFisher--
QExactive质谱仪ThermoFisher--
EASY-Spray纳米电喷雾离子源ThermoFisher--
DIA-NN 1.8----
全二维气相色谱质谱系统Shimadzu--
SHM5MS毛细管柱Shimadzu--
BPX-50毛细管柱SGE--
pcDNA3.1(+)-AKAP95-FRB质粒Addgene138254
pcDNA3.1(+)空载体----
PureYield质粒小提系统Promega--
Lipofectamine 3000转染试剂Invitrogen--

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:RKO和LS513,培养基:DMEM/F12+10%FBS+100U/ml青霉素-链霉素,培养条件:37°C,5%CO2
阅读提示:Materials and methods: Cell culture
基因敲除
sgRNA序列:FBXW7, AAVS1, AKAP8;电转参数:1300V,20ms,2脉冲
阅读提示:Materials and methods: Generation of clonal CRISPR-Cas9 gene knockouts, Table 1
共培养实验
Transwell插入孔径0.4µm,细胞数3×10^6每侧,培养基体积:上室1ml,下室2ml
阅读提示:Materials and methods: Transwell cell culture
DNA损伤检测
抗体:γH2AX (ab81299) 1:2500, 53BP1 (ab172580) 1:2500,孵育条件:室温2小时
阅读提示:Materials and methods: Immunofluorescence and imaging, Table 2
AKAP8过表达
质粒:pcDNA3.1(+)-AKAP95-FRB,转染试剂:Lipofectamine 3000
阅读提示:Materials and methods: Transient transfection of plasmid for AKAP8 overexpression