N6-甲基腺苷修饰的SRPK1通过PKM剪接促进肺腺癌的有氧糖酵解

N6-methyladenosine-modified SRPK1 promotes aerobic glycolysis of lung adenocarcinoma via PKM splicing.

作者信息Anqi Wang, Yuanyuan Zeng, Weijie Zhang, Jian Zhao, Lirong Gao, Jianjun Li, Jianjie Zhu, Zeyi Liu, Jian-An Huang
PMID39095708
发布时间2024-08
DOI10.1186/s11658-024-00622-5

实验完整度

包含临床组织样本分析、细胞功能实验、体内异种移植模型、转录组芯片与代谢物定量等多层级验证,并有机制与功能验证。

主要模型

LUAD细胞系(A549、H1299) BALB/c裸鼠异种移植模型 临床LUAD组织样本

重点核对

METTL3敲低或过表达后SRPK1 mRNA和蛋白水平变化 METTL3调控SRPK1 m6A修饰及IGF2BP2依赖的RNA稳定性 SRPK1与hnRNPA1相互作用对PKM1/PKM2剪接的影响 STM2457(50 mg/kg/day)腹腔注射对SRPK1过表达肿瘤生长的抑制效果 糖酵解指标(ECAR、葡萄糖摄取、乳酸生成)的检测条件

摘要

背景:RNA N6-甲基腺苷(m6A)修饰已成为表观遗传调节的重要热点。丝氨酸/精氨酸蛋白激酶1(SRPK1)与多种癌症的发病机制相关。然而,SRPK1的m6A修饰及其与肺腺癌(LUAD)机制的关系仍不清楚。方法:采用Western blotting和聚合酶链反应(PCR)分析鉴定基因和蛋白表达。利用m6A表观转录组芯片评估m6A谱。通过功能丧失和获得实验阐明METTL3和SRPK1对LUAD糖酵解和肿瘤发生的影响。采用RNA免疫沉淀(RIP)、m6A RNA免疫沉淀(MeRIP)和RNA稳定性实验阐明SRPK1在LUAD中METTL3介导的m6A修饰机制。应用代谢定量和免疫共沉淀实验研究SRPK1介导LUAD代谢的分子机制。结果:表观转录组芯片分析显示,SRPK1在LUAD中可能被高甲基化并上调。主要转甲基酶METTL3上调并诱导SRPK1异常高的m6A水平。机制上,SRPK1的m6A位点被METTL3直接甲基化,这也以IGF2BP2依赖的方式稳定了SRPK1。甲基化的SRPK1随后通过增强糖酵解促进LUAD进展。进一步的代谢定量、免疫共沉淀和Western blot分析显示,SRPK1与hnRNPA1(PKM剪接的重要调节因子)相互作用,从而通过上调LUAD中的PKM2促进糖酵解。然而,METTL3抑制剂STM2457可以通过抑制LUAD中的SRPK1和糖酵解来逆转上述效应。结论:在LUAD中,异常表达的METTL3通过m6A-IGF2BP2依赖机制上调SRPK1水平。METTL3诱导的SRPK1通过增强糖酵解促进LUAD细胞增殖,METTL3的小分子抑制剂STM2457可能成为LUAD患者的替代新治疗策略。

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
METTL3介导的m6A修饰是否通过调控SRPK1表达进而影响肺腺癌的糖酵解代谢和肿瘤进展?
核心机制
METTL3以IGF2BP2依赖方式甲基化SRPK1 mRNA并增强其稳定性,上调的SRPK1与hnRNPA1相互作用,促进PKM pre-mRNA向PKM2剪接,从而增强有氧糖酵解。
主要证据
临床样本中m6A水平升高,METTL3上调;MeRIP证实SRPK1 m6A修饰;RIP和RNA稳定性实验证实IGF2BP2结合并稳定SRPK1;co-IP证实SRPK1与hnRNPA1互作;功能实验显示SRPK1过表达促进糖酵解和增殖,敲低逆转。
研究意义
作者提出METTL3抑制剂STM2457可能成为LUAD治疗的潜在新策略。

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

临床样本m6A水平检测

评估LUAD组织中整体m6A水平及METTL3表达变化

对15对LUAD及癌旁组织进行m6A定量分析,对6对样本进行m6A表观转录组芯片分析。

2

METTL3功能获得与丧失实验

验证METTL3对LUAD细胞增殖和肿瘤生长的影响

在A549和H1299细胞中敲低或过表达METTL3,检测m6A水平、细胞增殖(CCK-8、EdU)和异种移植瘤生长。

3

METTL3靶基因筛选与验证

鉴定METTL3在LUAD中的关键m6A靶基因

通过m6A芯片、TCGA数据库和初步文献筛选候选基因,用MeRIP和RIP验证SRPK1为METTL3的直接靶点。

4

m6A位点鉴定

确定SRPK1 3'UTR上METTL3的特异性m6A修饰位点

利用SRAMP数据库预测潜在位点,构建野生型和突变型双荧光素酶报告基因,检测荧光素酶活性。

5

SRPK1调控机制实验

验证METTL3通过IGF2BP2依赖方式稳定SRPK1 mRNA并上调其表达

检测METTL3敲低/过表达对SRPK1表达的影响,筛选m6A reader,RIP验证IGF2BP2结合,RNA稳定性实验和分析SRPK1蛋白水平。

6

SRPK1功能实验

验证SRPK1对LUAD细胞增殖和糖酵解的影响

敲低或过表达SRPK1,检测细胞增殖、ECAR、葡萄糖摄取和乳酸生成,以及PKM1/PKM2表达。

7

机制研究:SRPK1与hnRNPA1相互作用

揭示SRPK1促进糖酵解的分子机制

通过IP结合质谱鉴定SRPK1相互作用蛋白,co-IP验证与hnRNPA1的结合,并检测下游PKM1/PKM2表达变化。

8

METTL3抑制剂STM2457实验

验证STM2457在体外和体内对SRPK1介导的效应的抑制作用

在SRPK1过表达细胞中处理STM2457或DMSO,检测SRPK1表达、增殖和糖酵解;在异种移植模型中评估STM2457对肿瘤生长的影响。

9

临床样本相关性分析

验证METTL3-SRPK1-hnRNPA1-PKM2轴在LUAD组织中的临床相关性

对20对LUAD和癌旁组织进行Western blot,并进行Pearson相关分析。

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Procell--
DMEM培养基Procell--
胎牛血清Gibco--
青霉素/链霉素Beyotime Biotechnology--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
嘌呤霉素Sigma-Aldrich--
抗METTL3抗体Abcamab195352
抗SRPK1抗体Santa Cruzsc-100443
抗IGF2BP2抗体Proteintech11601-1-AP
抗PKM1抗体Proteintech19987-1-AP
抗PKM2抗体Proteintech15822-1-AP
抗PCNA抗体Proteintech60097-1-Ig
DYKDDDDK标签抗体Proteintech66008-4-Ig
抗PKM抗体Proteintech25659-1-AP
抗HK1抗体Proteintech19662-1-AP
抗HK2抗体Proteintech22029-1-AP
抗LDHA抗体Proteintech19987-1-AP
抗PFKFB3抗体Proteintech13763-1-AP
抗hnRNPA1抗体Proteintech15821-1-AP
抗β-肌动蛋白抗体Cowin BioCW0096M
山羊抗小鼠IgG(HRP标记)Cowin BioCW0102
山羊抗兔IgG(HRP标记)Cowin BioCW0103
电化学发光试剂Thermo Fisher Scientific--
ChemiDoc XRS+成像系统Bio-Rad--
ImageJ软件National Institutes of Health--
CCK-8试剂盒Boster--
EdU检测试剂盒RibobioC10310-1
Matrigel基质胶Corning--
EpiQuik m6A RNA甲基化定量试剂盒EpigentekP-9005
Arraystar人类mRNA和lncRNA表观转录组芯片Arraystar--
Agilent G2505C扫描仪Agilent--
Agilent Feature Extraction软件Agilent--
Magna RIP™ RNA结合蛋白免疫沉淀试剂盒Merck Millipore17-700
Magna MeRIP™ m6A试剂盒Merck Millipore17-10499
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific--
共聚焦显微镜ZEISS--
双荧光素酶报告基因检测试剂盒Promega--
AB Sciex QTRAP® 6500 LC-MS/MS平台AB Sciex--
海马糖酵解压力测试试剂盒Agilent Technologies103017
海马XFp分析仪Agilent Technologies--
SeaHorse Wave软件Agilent Technologies--
葡萄糖检测试剂盒Solarbio Science & TechnologyBC2500
乳酸检测试剂盒Solarbio Science & TechnologyBC2230
STM2457SelleckS9870

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
组织样本收集
临床样本的纳入排除标准、样本保存方法(RNA稳定液,-80℃)
阅读提示:Methods: Tissue samples
细胞培养
细胞系来源、培养基(RPMI-1640或DMEM)、FBS浓度、青霉素/链霉素浓度、培养条件
阅读提示:Methods: Cell lines and cell culture
转染
siRNA序列、转染试剂(Lipofectamine 2000)、转染时间(72小时收获)
阅读提示:Methods: Transient transfection, Table S2
稳定细胞系建立
慢病毒来源、感染条件、筛选浓度(1 µg/ml puromycin)
阅读提示:Methods: Establishment of stable cell lines
Western blot
抗体信息(品牌、货号)、二抗信息、显影试剂、成像系统
阅读提示:Methods: Western blotting
细胞增殖检测
CCK-8试剂盒(Boster)、EdU试剂盒(Ribobio, C10310-1)
阅读提示:Methods: CCK-8 assay, EdU assay
m6A定量
m6A定量试剂盒(Epigentek, #P-9005)、检测波长450nm
阅读提示:Methods: M6A RNA methylation quantification
MeRIP
MeRIP试剂盒(Merck Millipore, 17-10499)、qRT-PCR引物
阅读提示:Methods: M6A RIP (MeRIP), Table S4
RNA稳定性
放线菌素D浓度(5 μg/ml)、处理时间点
阅读提示:Methods: RNA stability
荧光素酶实验
报告质粒(psiCHECK2)、共转染量(500 ng reporter, 0.5 μg plasmid)、检测时间(24小时)
阅读提示:Methods: Luciferase assay
ECAR
细胞接种密度(10,000 cells/well)、Seahorse试剂盒(103017)、葡萄糖(10 mM)、寡霉素(1 μM)、2-DG(50 mM)
阅读提示:Methods: Extracellular acidification rate (ECAR)
葡萄糖摄取和乳酸生成
细胞密度(5×10^6/ml)、试剂盒(葡萄糖BC2500,乳酸BC2230)、检测波长(505nm, 570nm)
阅读提示:Methods: Glucose uptake and lactate generation analysis
免疫共沉淀
抗体(SRPK1、hnRNPA1、Flag)、细胞裂解条件、SDS-PAGE及Western blot
阅读提示:Methods: Co-immunoprecipitation
异种移植模型
小鼠品系(BALB/c裸鼠)、周龄(4-6周)、性别(雌性)、体重(16-20g)、细胞接种量(100 μl含5×10^6细胞)、STM2457剂量(50 mg/kg/day)及给药途径(腹腔注射)
阅读提示:Methods: In vivo xenograft model