CDK9抑制通过调控SIRT1-FOXO3-BNIP3轴阻断PINK1-PRKN介导的线粒体自噬的起始,并增强涉及肝细胞癌线粒体功能障碍的治疗效果

CDK9 inhibition blocks the initiation of PINK1-PRKN-mediated mitophagy by regulating the SIRT1-FOXO3-BNIP3 axis and enhances the therapeutic effects involving mitochondrial dysfunction in hepatocellular carcinoma.

作者信息Jingyue Yao, Jubo Wang, Ye Xu, Qinglong Guo, Yuening Sun, Jian Liu, Sichan Li, Yongjian Guo, Libin Wei
PMID34890308
期刊Autophagy
发布时间2022-08
DOI10.1080/15548627.2021.2007027

实验完整度

包含体外细胞实验(HepG2、HepG2/ADR)、体内异种移植瘤和PDX模型,以及功能验证(线粒体自噬检测、蛋白互作)和机制验证(SIRT1-FOXO3-BNIP3轴)。

主要模型

HepG2细胞系 HepG2/ADR耐药细胞系 HepG2异种移植瘤模型 患者来源异种移植瘤模型

重点核对

LDC067浓度15 μM,处理24小时 CCCP浓度10 μM,处理24小时 OA浓度12 μM,处理48小时 PHA767491剂量20 mg/kg,静脉注射,每日一次,共10天 肿瘤生长延迟实验中OA剂量300 mg/kg,灌胃,每两天一次,索拉非尼剂量60 mg/kg,每日一次,共9天

摘要

线粒体自噬是一种选择性巨自噬/自噬,可降解功能失调或过多的线粒体。这一过程的调控对于维持细胞稳态至关重要,并与获得性耐药密切相关。然而,线粒体自噬在癌症中的调控机制和影响仍不清楚。在此,我们报道了抑制CDK9通过中断线粒体自噬起始来阻断HCC(肝细胞癌)中PINK1-PRKN介导的线粒体自噬。我们证明了CDK9抑制剂促进SIRT1的去磷酸化并促进FOXO3蛋白降解,该过程受其乙酰化调控,导致FOXO3驱动的BNIP3转录抑制,并损害BNIP3介导的PINK1蛋白稳定性。溶酶体降解抑制剂不能挽救被CDK9抑制剂阻断的线粒体自噬流。因此,CDK9抑制剂使SIRT1-FOXO3-BNIP3轴和PINK1-PRKN通路失活,从而阻断线粒体自噬起始。此外,CDK9抑制剂促进线粒体功能障碍。CDK9抑制剂的这些双重效应导致HCC中线粒体稳态的破坏和细胞死亡。重要的是,研究了一种来自黄芩的新型CDK9抑制剂——汉黄芩素(OA),它显示出对HCC的强治疗潜力,并通过下调PINK1-PRKN介导的线粒体自噬而具有显著的克服耐药性能力。此外,由于CDK9受到中等且可控的抑制,OA并未导致一般转录的极度抑制,似乎克服了现有CDK9抑制剂相关的抗HCC疗效不一致和高正常组织毒性。所有研究结果表明,破坏线粒体自噬是HCC治疗的一个有前景的策略,而OA是开发线粒体自噬抑制剂的潜在候选药物。

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
CDK9在调控肝细胞癌线粒体自噬及耐药性中的作用和机制是什么?新发现CDK9抑制剂OA能否增强疗效并克服耐药?
核心机制
CDK9抑制促进SIRT1去磷酸化,降低其去乙酰化酶活性,导致FOXO3乙酰化增加、蛋白降解,进而抑制FOXO3驱动的BNIP3转录,减少BNIP3蛋白,损害BNIP3介导的PINK1蛋白稳定性,下调PINK1,阻断PINK1-PRKN介导的线粒体自噬起始。
主要证据
体外实验显示CDK9抑制剂LDC067和OA降低PINK1、PRKN、BNIP3表达,破坏PINK1-PRKN相互作用,抑制线粒体自噬流;体内实验显示PHA767491和OA降低肿瘤组织中相关蛋白水平并减少共定位。
研究意义
破坏线粒体自噬是HCC治疗的有前景策略,OA是开发线粒体自噬抑制剂的潜在候选药物。

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

CDK9抑制对线粒体功能及自噬的影响

验证CDK9抑制是否引起线粒体损伤并影响线粒体自噬。

使用CDK9抑制剂LDC067处理HepG2细胞,检测MitoSOX水平、MMP、MAP1LC3A蛋白表达及线粒体自噬流。

2

CDK9抑制对PINK1-PRKN通路的调控

验证CDK9是否通过影响PINK1-PRKN通路来抑制线粒体自噬起始。

检测LDC067处理后PINK1、PRKN蛋白和mRNA表达,免疫共沉淀和免疫荧光检测PINK1-PRKN结合和共定位,以及PRKN向线粒体的转位。

3

CDK9抑制对SIRT1-FOXO3-BNIP3轴的调控

阐明CDK9抑制下调PINK1蛋白的分子机制。

检测LDC067处理后SIRT1磷酸化、FOXO3乙酰化和表达、BNIP3表达,以及BNIP3与PINK1的相互作用。

4

OA对线粒体功能和线粒体自噬的影响

评估新型CDK9抑制剂OA对线粒体损伤和线粒体自噬的影响。

用OA处理HepG2细胞,检测MitoSOX、MMP、MAP1LC3A表达、线粒体自噬流及线粒体超微结构。

5

OA对信号通路及体内疗效的验证

验证OA在体内外对SIRT1-FOXO3-BNIP3轴和PINK1-PRKN通路的调控及抗肿瘤疗效。

检测OA处理后相关蛋白表达和相互作用,并在异种移植瘤和PDX模型中评估OA单用或联合索拉非尼、多柔比星的疗效。

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
MitoSOX红色线粒体超氧化物指示剂Yeasen Biotechnology40778ES50
JC-1凋亡检测试剂盒KeyGen BioTechKGA604
MitoTracker红色染料InvitrogenM7521
MitoTracker绿色染料Yeasen Biotech40742ES50
LysoTracker绿色染料Yeasen Biotech40738ES50
培养细胞线粒体分离试剂盒Thermo Fisher Scientific89874
无内毒素质粒中提试剂盒CWBIOCW2015S
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen11668019
蛋白A/G磁珠MedChem ExpressHY-K0202
RIPA裂解液Thermo Fisher Scientific89900
pRL-TK海肾荧光素酶质粒PromegaE2231
双荧光素酶报告基因检测试剂盒PromegaE1910
总RNA提取试剂Vazyme BioTechR401-01
HiScript III第一链cDNA合成试剂盒Vazyme BioTechR312-01/02
SYBR Green PCR预混液Vazyme BioTechQ131-02/03
MTT试剂Solarbio Life SciencesM8180
CCK-8试剂盒Vazyme BioTechA311-02
FACSCalibur流式细胞仪Becton Dickinson--
FV1000共聚焦激光扫描生物显微镜Olympus--
HT7700透射电子显微镜Hitachi--
ABI PRISM序列检测器7500PerkinElmer--
MEM培养基Gibco41500034
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific12100061
RPMI-1640培养基Thermo Fisher Scientific31870082
胎牛血清Wisent Bio Products080-910
青霉素-链霉素Thermo Fisher Scientific15140148
碳酸氢钠Thermo Fisher Scientific25080094
二甲基亚砜Sigma-AldrichD2650
LDC067Selleck ChemicalsS7461
MG132Selleck ChemicalsS2619
EX527Selleck ChemicalsS1541
PHA767491盐酸盐MedChem ExpressHY-13461A
聚乙二醇400Solarbio Life SciencesP8530
吐温80Solarbio Life SciencesT8360
盐酸多柔比星MedChem ExpressHY-15142
甲苯磺酸索拉非尼CHIA TAI TIAN QING Pharmaceutical Industry--
聚氧乙烯蓖麻油MedChem ExpressHY-Y1890
胃蛋白酶抑制剂ACSNpharmCSN11678
E64dCSNpharmCSN16047
巴弗洛霉素A1CSNpharmCSN10374
去铁酮CSNpharmCSN25406
厄尔平衡盐溶液Solarbio Life SciencesH2020
阿霉素Selleck ChemicalsS1208
Triton X-100Solarbio Life SciencesT8200
磷酸盐缓冲液Solarbio Life SciencesP1022
山羊血清Solarbio Life SciencesSL038
牛血清白蛋白Solarbio Life SciencesA8010
FITC标记的抗兔IgG抗体Thermo Fisher ScientificA-11008
FITC标记的抗小鼠IgG抗体Thermo Fisher ScientificA-11001
柠檬酸缓冲液Thermo Fisher Scientific005000
DAB染色液ZSGB BiotechSP-9000
中性树脂Solarbio Life SciencesG8590
磷酸盐缓冲液Biomat100-1-1000
环氧树脂Solarbio Life SciencesG8590
醋酸铀酰----
柠檬酸铅----
CDK9抗体Cell Signaling Technology2316
SIRT1抗体Cell Signaling Technology2493
p-SIRT1抗体Abcamab76039
FOXO3抗体Proteintech66428-1-lg
BNIP3抗体ABclonalA5683
PINK1抗体Cell Signaling Technology6946
PRKN抗体Cell Signaling Technology4211
TOMM20抗体Proteintech11802-1-AP
COX4I1抗体ABclonalA6564
泛乙酰化赖氨酸多克隆抗体ABclonalA2391
MAP1LC3A抗体Cell Signaling Technology4108
PRKN/parkin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-32282
PINK1抗体BioLegend846201
TOMM20抗体Abcamab56783
HA-CDK9质粒Addgene14640
HA-BNIP3质粒Addgene100781
MYC-PINK1质粒Addgene13314
mito-Keima质粒Addgene56018
FOXO3-Luc质粒Addgene1789

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
细胞处理
LDC067浓度15 μM,处理时间24小时;CCCP浓度10 μM;OA浓度12 μM,处理48小时。
阅读提示:参见图1、图4图注及Materials and methods中'Cell culture'部分。
体内模型
PHA767491给药剂量20 mg/kg,静脉注射,每日一次,共10天;OA剂量300 mg/kg,灌胃,每两天一次;索拉非尼剂量60 mg/kg,每日一次。
阅读提示:参见图2、图6、图7图注及Materials and methods中'Xenograft model'部分。
蛋白检测
抗体稀释比例:CDK9 1:2000,SIRT1 1:2000,p-SIRT1 1:2000,FOXO3 1:2000,BNIP3 1:2000,PINK1 1:2000,PRKN 1:2000,TOMM20 1:2000,COX4I1 1:2000,MAP1LC3A 1:2000。
阅读提示:参见Materials and methods中'Western blot assay'部分。
细胞活力检测
MTT检测波长470 nm,CCK-8检测波长450 nm。
阅读提示:参见Materials and methods中'Cell viability assay'部分。
统计方法
使用单因素方差分析,P<0.05为显著。
阅读提示:参见Materials and methods中'Statistical analysis'部分。