TIMELESS促进口腔鳞状细胞癌葡萄糖代谢的重编程

TIMELESS promotes reprogramming of glucose metabolism in oral squamous cell carcinoma.

作者信息Yafan Chen, Zhengyang Han, Le Zhang, Caihong Gao, Jingyi Wei, Xuyuan Yang, Yabing Han, Yunbo Li, Chunmei Zhang, Yixin Wei, Jiaqi Dong, Wenxing Xun, Weifu Sun, Taotao Zhang, Hui Zhang, Jingtao Chen, Peng Yuan
PMID38178094
发布时间2024-01
DOI10.1186/s12967-023-04791-3

实验完整度

包含临床样本分析、细胞功能实验(增殖、周期)、代谢检测(葡萄糖摄取、乳酸、耗氧)及裸鼠体内成瘤实验,并进行SIRT1回补验证机制。

主要模型

OSCC细胞系SCC-9、SCC-15 正常口腔角质细胞NOK 裸鼠皮下移植瘤模型 133例OSCC及癌旁组织样本

重点核对

TIMELESS在OSCC组织和细胞系中的表达水平,与癌旁组织和正常角质形成细胞对比。 SCC-15细胞中TIMELESS过表达,SCC-9细胞中TIMELESS敲低的稳转细胞构建及效率验证。 细胞增殖检测:克隆形成、MTS、EdU和细胞周期分析。 葡萄糖代谢检测:葡萄糖摄取、乳酸产生、耗氧量和培养基pH值。 SIRT1在TIMELESS敲低细胞中的过表达回补实验,验证代谢表型逆转。

摘要

背景:口腔鳞状细胞癌(OSCC)是口腔最常见的恶性肿瘤,具有高发病率和低存活率的特点。新出现的证据表明昼夜节律紊乱与癌症发展之间存在联系。昼夜节律基因TIMELESS以其在多种肿瘤中的特异性表达而闻名,但在OSCC中的研究尚不充分。本研究旨在探讨TIMELESS对OSCC的影响,重点关注细胞生长和代谢改变。方法:我们使用western blot、免疫组织化学、qRT-PCR以及癌症基因组图谱(TCGA)和癌症细胞系百科全书(CCLE)的数据分析了OSCC中TIMELESS的表达。通过克隆形成、MTS、细胞周期和EdU实验,以及裸鼠皮下肿瘤生长实验,检测了TIMELESS在OSCC中的作用。我们还通过测量葡萄糖摄取、乳酸产生、耗氧量和培养基pH值来评估TIMELESS的代谢影响,并研究其对关键代谢蛋白的影响,包括沉默信息调节因子1(SIRT1)、己糖激酶2(HK2)、丙酮酸激酶同工酶M2(PKM2)、重组乳酸脱氢酶A(LDHA)和葡萄糖转运蛋白1(GLUT1)。结果:观察到OSCC组织和细胞系中TIMELESS表达升高,与患者生存期缩短相关。TIMELESS过表达增强OSCC细胞增殖,增加糖酵解活性(葡萄糖摄取和乳酸产生),并抑制氧化磷酸化(表现为耗氧量减少和pH值改变)。相反,TIMELESS敲低抑制了这些细胞和代谢过程,这种效应通过操作SIRT1水平而重现。此外,SIRT1与TIMELESS表达呈正相关。SIRT1、HK2、PKM2、LDHA和GLUT1的表达随TIMELESS过表达而增加,随TIMELESS敲低而减少。结论:TIMELESS通过调节细胞增殖和代谢途径,特别是通过增强糖酵解和减少氧化磷酸化,主要通过SIRT1通路介导,加剧OSCC进展。这凸显了TIMELESS作为OSCC治疗策略潜在靶点的可能性。

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
TIMELESS在口腔鳞状细胞癌(OSCC)中是否影响细胞生长和代谢重编程,其潜在机制是什么?
核心机制
TIMELESS通过上调SIRT1,进而增强糖酵解(增加葡萄糖摄取和乳酸产生)并抑制氧化磷酸化(减少耗氧量、降低pH),促进OSCC进展。
主要证据
基于TCGA和临床样本分析TIMELESS表达升高;细胞实验中TIMELESS过表达促进增殖和糖酵解,敲低则相反;SIRT1过表达逆转TIMELESS敲低引起的代谢变化;裸鼠模型中TIMELESS敲低抑制肿瘤生长。
研究意义
TIMELESS可能作为OSCC诊断的生物标志物和潜在治疗靶点。

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

TIMELESS表达分析

验证TIMELESS在OSCC组织和细胞系中的表达水平及与预后的关联

利用TCGA和CCLE数据库分析,qRT-PCR、Western blot和IHC检测OSCC组织和细胞系中TIMELESS表达,并分析其与临床病理特征及生存率的关系。

2

体外细胞功能实验

检测TIMELESS对OSCC细胞增殖和细胞周期的影响

构建TIMELESS过表达(SCC-15)和敲低(SCC-9)的稳定细胞系,进行克隆形成、MTS、EdU和细胞周期分析。

3

体内成瘤实验

验证TIMELESS敲低对OSCC肿瘤生长的影响

将TIMELESS敲低或对照SCC-9细胞皮下注射至裸鼠,定期测量肿瘤体积和体重,分析肿瘤重量、生存期及组织病理。

4

代谢表型分析

评估TIMELESS对OSCC细胞糖酵解和氧化磷酸化的影响

检测稳定细胞系的葡萄糖摄取、乳酸产生、培养基pH和耗氧量。

5

机制验证

探究TIMELESS调控糖酵解的分子机制,特别是SIRT1的介导作用

分析TIMELESS与SIRT1表达相关性,Western blot和qRT-PCR检测糖酵解基因表达,并在TIMELESS敲低细胞中过表达SIRT1观察代谢表型恢复情况。

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培养基ProcellPM150210
DMEM/F12培养基ProcellPM150312
青霉素/链霉素ProcellPB180120
胎牛血清Procell164210
氢化可的松ProcellCM-0571
嘌呤霉素Beyotime--
GL401载体----
GL186载体----
Trizol试剂Thermo Fisher16096020
逆转录试剂盒TakaraRR047A
实时PCR试剂盒TakaraDRR081
免疫组化试剂盒MXBKIT-9730
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
BCA蛋白浓度测定试剂盒BeyotimeP0012S
ECL化学发光试剂BeyotimeP0018FS
MTS溶液BestbioBB-4204
结晶紫BeyotimeC0121
EdURibobioC10310-1
碘化丙啶溶液BestbioBB-4101
葡萄糖摄取比色检测试剂盒SigmaMAK083
乳酸检测试剂盒SigmaMAK065
pH计Bohlertech Technology--
Oxytherm耗氧率测量系统Hansatech--
基质胶BD354234
β-actin一抗Proteintech66009-1-Ig
Cyclin D1一抗Proteintech60186-1-Ig
Cyclin E1一抗Proteintech11554-1-AP
CDK2一抗Proteintech10122-1-AP
CDK4一抗Proteintech11026-1-AP
山羊抗小鼠IgGJiangsu Cowin BiotechCW0102
山羊抗兔IgGJiangsu Cowin BiotechCW0103
Ki67抗体Affinity BiosciencesAF0198
PCNA抗体Proteintech60097-1-Ig
SIRT1抗体Proteintech13161-1-AP
HK2抗体Proteintech66974-1-Ig
PKM2抗体Proteintech60268-1-Ig
GLUT1抗体Proteintech66290-1-Ig
LDHA抗体Proteintech66287-1-Ig
TIMELESS抗体Proteintech14421-1-AP

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
细胞培养与转染
细胞系来源:SCC-4、SCC-9、SCC-15、SCC-25、CAL-27、NOK;培养基:DMEM或DMEM/F12(Procell);添加10% FBS、1%青霉素/链霉素;SCC-4、SCC-15、SCC-25、SCC-9需添加氢化可的松400 ng/mL;培养条件:37°C、5% CO2;转染试剂(未明确说明);筛选:嘌呤霉素处理5天。
阅读提示:Materials and methods: Cell lines and culture and transfections
基因敲低与过表达
慢病毒载体:GL401(shRNA)和GL186(过表达);构建公司:上海奥博生物;SIRT1过表达载体由Gene Pharma构建;验证方法:qRT-PCR和Western blot。
阅读提示:Materials and methods: Cell lines and culture and transfections
细胞增殖检测
克隆形成:每孔1000细胞,6孔板,培养约2周;MTS:每孔0.5-1×10^4细胞,10 μL MTS,孵育1-4小时,490 nm;EdU:每孔4×10^3-1×10^5细胞,50 μM EdU处理2小时;周期:5-10×10^6细胞,70-90%乙醇固定,RNase A 20 μL,PI 400 μL,流式分析。
阅读提示:Materials and methods: MTS、Clonal formation、EdU assay、Cell cycle analysis
代谢检测
细胞密度每孔2000细胞;葡萄糖摄取试剂盒Sigma MAK083;乳酸试剂盒Sigma MAK065;pH计(Bohlertech);耗氧量Hansatech Oxytherm;参数重复三次。
阅读提示:Materials and methods: Measurement of glucose uptake, lactate production, pH, and oxygen consumption rate
动物实验
动物:雄性BALB/c裸鼠4-6周龄;分组:对照组和TIMELESS敲低组,每组5只;注射细胞量:1×10^7,悬浮于Matrigel(BD);肿瘤体积测量每5天一次;计算:width^2×length×0.5。
阅读提示:Materials and methods: Subcutaneous tumor xenografts in nude mice