TMEM120B通过与MYH9结合激活β1整合素/FAK-TAZ-mTOR信号轴,增强乳腺癌细胞干性并加速化疗耐药

TMEM120B strengthens breast cancer cell stemness and accelerates chemotherapy resistance via β1-integrin/FAK-TAZ-mTOR signaling axis by binding to MYH9.

作者信息Ran Hu, Yu Cao, Yuanyuan Wang, Tingting Zhao, Kaibo Yang, Mingwei Fan, Mengyao Guan, Yuekang Hou, Jiao Ying, Xiaowen Ma, Ning Deng, Xun Sun, Yong Zhang, Xiupeng Zhang
PMID38504374
发布时间2024-03-19
DOI10.1186/s13058-024-01802-z

实验完整度

研究涵盖临床样本分析、多种体外细胞功能实验(增殖、侵袭、干性)、体内异种移植模型、机制验证(蛋白互作、泛素化)及化疗耐药实验。

主要模型

乳腺癌细胞系SK-BR-3 乳腺癌细胞系MDA-MB-231 乳腺癌细胞系MCF-7 裸鼠异种移植模型

重点核对

TMEM120B过表达或敲除的乳腺癌细胞系(SK-BR-3、MDA-MB-231、MCF-7) TMEM120B与MYH9的卷曲螺旋结构域结合 泛素化降解被CUL9介导并受TMEM120B竞争性抑制 化疗药物(多西他赛、阿霉素)的IC50变化 体内异种移植实验中的肿瘤体积和转移

摘要

背景:乳腺癌干细胞(CSC)扩增导致肿瘤进展和化疗耐药;然而,CSC多能性的调节仍未探索。跨膜蛋白120B(TMEM120B)是一种新发现的在人体组织中表达的蛋白质,尤其是在恶性组织中;然而,其在CSC扩增中的作用尚未被研究。本研究旨在确定TMEM120B在具有PDZ结合基序的转录共激活因子(TAZ)介导的CSC扩增和化疗耐药中的作用。方法:采用生物信息学分析和免疫组织化学检测TMEM120B在肺癌、乳腺癌、胃癌、结肠癌和卵巢癌中的表达模式。同时评估了临床病理因素和总生存期。接下来,通过集落形成实验、MTT实验、EdU实验、Transwell实验、伤口愈合实验、流式细胞术分析、微球形成实验、蛋白质印迹分析、小鼠异种移植瘤模型分析、RNA测序实验、免疫荧光实验和逆转录聚合酶链反应,研究TMEM120B相互作用对增殖、侵袭、干性、化疗敏感性和整合素/FAK/TAZ/mTOR激活的影响。此外,通过液相色谱-串联质谱分析、GST pull-down实验和免疫沉淀实验评估TMEM120B、肌球蛋白重链9(MYH9)和CUL9之间的相互作用。结果:TMEM120B在肺癌、乳腺癌、胃癌、结肠癌和卵巢癌中表达升高。TMEM120B表达与晚期TNM分期、淋巴结转移和不良预后正相关。TMEM120B的过表达通过激活TAZ-mTOR信号传导促进乳腺癌细胞增殖、侵袭和干性。TMEM120B直接结合MYH9的卷曲螺旋结构域,这加速了黏着斑(FAs)的组装并促进了TAZ的转位。此外,TMEM120B通过以泛素依赖性方式阻止MYH9被CUL9降解来稳定MYH9。TMEM120B的过表达增强了对多西他赛和阿霉素的耐药性。相反,TMEM120B-ΔCCD的过表达延迟了FA的形成,抑制了TAZ-mTOR信号传导,并消除了化疗耐药。TMEM120B在治疗结果不佳(Miller/Payne分级1-2级)的乳腺癌患者中的表达高于治疗结果较好(Miller/Payne分级3-5级)的患者。结论:我们的研究揭示TMEM120B通过阻止MYH9的降解与其结合并稳定MYH9。这种相互作用激活了β1整合素/FAK-TAZ-mTOR信号轴,维持干性并加速化疗耐药。

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
TMEM120B是否通过调节CSC扩增影响乳腺癌的化疗耐药,其分子机制是什么?
核心机制
TMEM120B通过其卷曲螺旋结构域与MYH9结合,阻止CUL9介导的MYH9泛素化降解,从而稳定MYH9,进而激活β1整合素/FAK-TAZ-mTOR信号轴,增强乳腺癌细胞干性并促进化疗耐药。
主要证据
体外细胞实验(增殖、侵袭、干性)、体内异种移植模型、蛋白互作实验(co-IP、GST pull-down)、泛素化实验、以及化疗耐药实验。
研究意义
本研究揭示了TMEM120B-MYH9相互作用在维持乳腺癌干细胞特性和化疗耐药中的新机制,为乳腺癌治疗提供了潜在的新靶点。

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

TMEM120B在多种癌症中的表达分析

探讨TMEM120B在多种恶性肿瘤中的表达水平及其与临床病理特征和预后的关系。

利用TCGA数据库和GEPIA数据库分析TMEM120B mRNA表达;通过免疫组织化学染色检测多种癌症组织及癌旁正常组织中TMEM120B蛋白表达;分析TMEM120B表达与临床病理因素和总生存期的关系。

2

TMEM120B对乳腺癌细胞增殖、侵袭和干性的功能影响

明确TMEM120B对乳腺癌细胞体外和体内增殖、侵袭及干性表型的影响。

在MCF-7和SK-BR-3细胞中过表达TMEM120B,在MDA-MB-231和MDA-MB-453细胞中敲除TMEM120B;通过MTT、集落形成、EdU、Transwell、伤口愈合、3D侵袭实验检测增殖和侵袭;通过微球形成、流式细胞术检测干性;体内实验包括异种移植瘤生长和肺转移。

3

TMEM120B激活TAZ-mTOR信号通路的机制研究

探究TMEM120B促进乳腺癌细胞干性所依赖的下游信号通路。

利用RNA-seq和磷酸化抗体阵列筛选,通过蛋白质印迹和qPCR检测TAZ、mTOR及其下游靶基因;使用mTOR抑制剂雷帕霉素和TAZ siRNA干预;检测TAZ的亚细胞定位和稳定性。

4

鉴定TMEM120B的相互作用蛋白MYH9及其结合结构域

鉴定TMEM120B的相互作用蛋白,并确定其结合所需的蛋白结构域。

通过质谱分析、免疫共沉淀(co-IP)、GST pull-down实验验证TMEM120B与MYH9的相互作用;构建TMEM120B和MYH9的截短突变体,通过co-IP和GST pull-down确定结合依赖卷曲螺旋结构域。

5

TMEM120B通过CUL9竞争性稳定MYH9的机制研究

阐明TMEM120B如何稳定MYH9蛋白,使其免受泛素化降解。

检测TMEM120B过表达或敲除对MYH9蛋白和mRNA水平的影响;使用CHX追踪MYH9降解;检测MYH9泛素化水平;通过质谱鉴定E3泛素连接酶CUL9;通过co-IP验证TMEM120B、MYH9和CUL9形成三元复合物,并验证TMEM120B竞争性抑制CUL9介导的MYH9泛素化。

6

TMEM120B-MYH9相互作用对黏着斑组装和TAZ转位的影响

验证TMEM120B-MYH9相互作用是否激活β1整合素/FAK信号并促进TAZ核转位。

检测TMEM120B过表达对FAK磷酸化、β1整合素活化的影响;使用FAK抑制剂PF562271;通过NZ实验检测黏着斑组装;在3D胶原凝胶中检测侵袭能力。

7

TMEM120B对化疗药物敏感性的影响

评估TMEM120B是否影响乳腺癌细胞对多西他赛和阿霉素的敏感性。

基于TCGA数据库分析TMEM120B表达与化疗耐药的关系;检测TMEM120B过表达后DNA损伤修复标志物RAD51和γ-H2AX的表达变化;检测IC50值;体内异种移植瘤模型验证化疗耐药。

8

临床样本中TMEM120B表达与化疗耐药的相关性分析

验证TMEM120B在乳腺癌患者中的表达与化疗反应的关系。

对乳腺癌患者样本进行免疫组织化学染色,分析TMEM120B与p-mTOR、TAZ、SOX2表达的相关性;根据Miller/Payne分级比较TMEM120B表达水平;分析未接受新辅助化疗患者的总缓解率(ORR)。

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Invitrogen--
胎牛血清Invitrogen--
青霉素-链霉素Sigma-Aldrich--
Lipofectamine 3000Invitrogen--
雷帕霉素MedChemExpressAY-22989
PF562271MedChemExpressVS-6062
MG132MedChemExpressHY-13259
阿霉素MedChemExpressHY-15142A
多西他赛MedChemExpressHY-12053A
EdU溶液Cellorlab--
鼠尾胶原I型Corning354236
DMEM-F12培养基Gibco10565-018
胰岛素-转铁蛋白-硒Gibco51500-056
成纤维细胞生长因子2SigmaF0291
B27添加剂Invitrogen--
表皮生长因子BD Bioscience--
胰岛素Sigma--
ALDEFLUOR试剂盒STEMCELL Technologies--
TRIzol试剂Takara--
PCR-cDNA测序试剂盒Nanopore TechnologiesSQK-PCS109
谷胱甘肽琼脂糖GE Healthcare--
Matrigel基质胶BD Biosciences--
人磷酸化激酶阵列试剂盒R&D SystemsARY003C

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(MCF-10A, MCF-7, MDA-MB-231, MDA-MB-453, BT-474, SK-BR-3, ZR75-1, MDA-MB-468)的来源和培养条件(RPMI 1640, 10% FBS)
阅读提示:Methods - Cell culture
功能实验
MTT、集落形成、EdU、Transwell、伤口愈合实验的具体操作步骤和重复次数
阅读提示:Additional file 1 (详细描述) 或 Methods 中引用的文献[42,43]
干性实验
微球形成实验的细胞密度(1×10^3)、培养时间(10-14天)、微球直径计数标准(>75 μm)
阅读提示:Methods - Sphere formation assay
蛋白互作实验
共免疫沉淀(co-IP)和GST pull-down实验的抗体、裂解液和条件
阅读提示:Methods - Western blotting and immunoprecipitation, GST pull-down assay, 以及Additional file 1
体内实验
裸鼠品系、年龄(8周)、性别(雌性)、细胞注射数量(3×10^4, 1×10^4, 3×10^3, 1×10^3)、注射方式(皮下、尾静脉)
阅读提示:Methods - Transplantation of tumor cells into nude mice and limiting dilution analysis
化疗耐药实验
多西他赛和阿霉素处理浓度、IC50测定方法、体内给药方案
阅读提示:Methods 和 Results 部分,Figure 8 图例