USP7对FBP1的去泛素化阻断FBP1-DNMT1相互作用并降低胰腺癌细胞对PARP抑制剂的敏感性

Deubiquitination of FBP1 by USP7 blocks FBP1-DNMT1 interaction and decreases the sensitivity of pancreatic cancer cells to PARP inhibitors.

作者信息Xiang Cheng, Bin Zhang, Feng Guo, Heshui Wu, Xin Jin
PMID34854226
期刊Mol Oncol
发布时间2022-04
DOI10.1002/1878-0261.13149

实验完整度

研究涉及体外细胞实验、动物模型、功能获得与缺失实验、分子互作及体内药效验证,证据层级多且机制验证充分。

主要模型

MIA PaCa-2细胞(BRCA1/2野生型) Capan-1细胞(BRCA2突变型) Capan-1细胞皮下异种移植瘤模型 293T细胞

重点核对

FBP1蛋白的亚细胞定位(细胞核 vs 细胞质) FBP1与DNMT1及PARP1的相互作用 FBP1的K206位点的K63连接泛素化状态 USP7的活性或表达水平 Olaparib处理浓度及时间

摘要

聚[ADP-核糖]聚合酶(PARP)抑制剂可通过降低PARP1蛋白酶活性并阻止PARP1蛋白从染色质解离,阻断DNA单链损伤修复,进而增加双链断裂(DSBs)。携带BRCA突变的肿瘤对PARP抑制剂尤其敏感。目前,PARP抑制剂(奥拉帕利)已用于治疗携带BRCA突变的胰腺癌患者。然而,这些患者容易出现PARP抑制剂耐药。我们此前的研究表明,果糖-1,6-二磷酸酶1(FBP1)与多种抗癌药物(如吉西他滨或丝裂原活化蛋白激酶激酶(MEK)抑制剂)的敏感性有关。在本研究中,我们证明了FBP1调节胰腺癌对PARP抑制剂的敏感性。然后,我们展示了核FBP1通过与DNA(胞嘧啶-5)-甲基转移酶1(DNMT1)相互作用并将PARP1捕获在染色质中而负责这一过程。此外,我们发现泛素羧基末端水解酶7(USP7)与FBP1结合并诱导其去泛素化,从而阻止FBP1转位至细胞核。最后,我们证明了USP7抑制剂以FBP1依赖性方式增强PARP抑制剂的抗肿瘤效果。总之,我们的结果确定了胰腺癌中一个新型USP7–FBP1–DNMT1信号轴,这可能表明USP7抑制剂和PARP抑制剂的联合使用在胰腺癌患者中可能比单独使用PARP抑制剂具有更强的抗肿瘤效果。

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
FBP1如何调控胰腺癌细胞对PARP抑制剂的敏感性?
核心机制
核FBP1与DNMT1相互作用并将PARP1捕获在染色质,而USP7通过去泛素化FBP1(K206位点)阻止其核转位,从而降低敏感性。
主要证据
通过shRNA敲低和过表达实验、Co-IP、GST pull-down、PARP trapping assay、细胞增殖及凋亡检测、异种移植瘤模型等证实。
研究意义
揭示USP7-FBP1-DNMT1轴,为胰腺癌治疗提供新策略,提示USP7抑制剂与PARP抑制剂联用可能更有效。

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

验证FBP1对PARP抑制剂敏感性的影响

探究FBP1表达水平是否改变胰腺癌细胞对PARP抑制剂(Olaparib)的敏感性

在MIA PaCa-2(BRCA1/2野生型)和Capan-1(BRCA2突变型)细胞中敲低或过表达FBP1,检测Olaparib的IC50值、细胞活力(CCK-8/MTS)、凋亡(Annexin V/PE)及caspase 3活性。

2

验证FBP1与DNMT1的相互作用

确定FBP1是否与DNMT1结合,并验证其功能相关性

通过Co-IP和GST pull-down实验检测外源及内源FBP1与DNMT1的结合,并鉴定结合区域。

3

验证FBP1通过DNMT1-PARP1复合物调控PARP抑制剂敏感性

探讨FBP1是否通过影响DNMT1-PARP1相互作用及染色质捕获来调控PARP抑制剂敏感性

在敲低或过表达FBP1的基础上,敲低DNMT1或PARP1,检测Olaparib敏感性;并分析DNMT1-PARP1相互作用及染色质结合情况。

4

验证FBP1核定位对PARP抑制剂敏感性的必要性

确认FBP1的核定位是其调控PARP抑制剂敏感性所必需的

构建FBP1核输出信号(NES)突变体,检测其亚细胞定位及对Olaparib敏感性、DNMT1-PARP1相互作用和染色质捕获的影响。

5

验证USP7对FBP1核定位的调控

探索USP7是否通过结合并去泛素化FBP1来影响其核转位

通过Co-IP验证USP7与FBP1结合;敲低USP7或使用USP7抑制剂处理,检测FBP1的亚细胞定位及泛素化水平。

6

验证K206泛素化在FBP1核转位及PARP抑制剂敏感性中的作用

确定FBP1 K206位点的泛素化是否影响其核转位及PARP抑制剂敏感性

构建FBP1-K206R突变体,检测其泛素化水平、亚细胞定位以及对Olaparib敏感性的影响。

7

验证USP7抑制剂与PARP抑制剂联合的抗肿瘤效果

评估USP7抑制剂能否增强PARP抑制剂在体内外的抗肿瘤效果,并验证其依赖FBP1

在细胞和Capan-1异种移植瘤模型中,评估USP7抑制剂(P005091)联合Olaparib的效果,并在FBP1敲低情况下验证其依赖性。

8

验证FBP1对体内PARP抑制剂敏感性的影响

在动物模型中验证FBP1对Olaparib敏感性的调控作用

将FBP1敲低或过表达的Capan-1细胞皮下接种裸鼠,给予Olaparib处理,观察肿瘤生长。

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Thermo Fisher Scientific--
IMDM培养基Thermo Fisher Scientific--
胎牛血清HyClone--
MTS试剂盒Abcamab197010
CCK-8试剂盒Beyotime BiotechnologyC0037
Annexin V-PE/7-AAD细胞凋亡检测试剂盒ProcellP-CA-206
RIPA裂解液Beyotime BiotechnologyP0013B
GST磁珠Beyotime BiotechnologyP2132
核浆蛋白提取试剂盒Beyotime BiotechnologyP0028
奥拉帕利Selleck ChemicalsS1060
P005091Selleck ChemicalsS7132
吉西他滨Selleck ChemicalsS1714
MK2206Selleck ChemicalsS1078
曲美替尼Selleck ChemicalsS2673
地西他滨Selleck ChemicalsS1200
FBP1抗体Abcamab109732
GAPDH抗体Abcamab8245
DNMT1抗体Abcamab92314
PARP1抗体Abcamab32138
USP7抗体Proteintech66514-1-Ig
KOD-plus-定点突变试剂盒TOYOBO LIFE SCIENCESMK101
BALB/c裸鼠Vitalriver--
GraphPad Prism 5----

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
MIA PaCa-2使用DMEM+10%FBS;Capan-1使用IMDM+20%FBS;细胞系STR鉴定
阅读提示:Materials and methods: Cell lines, cell culture, and cell transfection
基因操作
shFBP1序列(Table S1)、转染与感染方法参考文献[17]
阅读提示:Materials and methods: Cell lines, cell culture, and cell transfection; Supplementary Table S1
药物处理
Olaparib浓度梯度(IC50测定)、USP7抑制剂浓度(10 μM, 24h)
阅读提示:Materials and methods: Reagent and antibodies; Figure legends 1, 5, 6
凋亡检测
Annexin V-PE/7-AAD试剂盒使用,细胞数量(1×10^4)
阅读提示:Materials and methods: Annexin V/PE FACS analysis
亚细胞分离与PARP捕获
细胞数量、裂解液体积、离心参数(12000-16000g)
阅读提示:Materials and methods: Subcellular fractionation and PARP trapping assay
体内实验
Capan-1细胞接种数量(5×10^6)、Olaparib给药剂量(10 mg/kg/day i.p.)、USP7抑制剂剂量(10 mg/kg i.p.)
阅读提示:Materials and methods: Mice study; Figure legends 1, 3, 6
统计分析
样本量(n)、统计学方法(t检验或ANOVA)、显著性阈值
阅读提示:Materials and methods: Statistical analysis