通过高保真Cas13d介导的RNA干扰靶向抑制PLK1通过TGF-β/Smad3信号通路减轻骨肉瘤进展

Targeted PLK1 suppression through RNA interference mediated by high-fidelity Cas13d mitigates osteosarcoma progression via TGF-β/Smad3 signalling.

作者信息Yi Yuan, Daigui Cao, Anwei Zhang, Zhiwei Liu, Zhongliang Deng, Shengli Zhang
PMID38780513
发布时间2024-05
DOI10.1111/jcmm.18400

实验完整度

包含体外细胞实验(增殖、凋亡、周期、侵袭)和体内异种移植瘤模型,并进行机制验证(Co-IP、TurboID-MS)及蛋白表达检测。

主要模型

MG-63人骨肉瘤细胞系 U2OS人骨肉瘤细胞系 MG-63皮下异种移植瘤裸鼠模型

重点核对

hfCas13d和sgRNA的序列及转染效率 PLK1敲低效率(sgRNA3>70% mRNA敲低) 细胞增殖、凋亡、周期和侵袭的检测方法及条件 体内实验:1×10^6 MG-63细胞皮下注射,7天后瘤内注射1×10^8 TU/mL的慢病毒载体,每组4只

摘要

骨肉瘤是儿童和青少年中最常见的原发性恶性骨肿瘤。PLK1的过表达在骨肉瘤中频繁发生,并驱动疾病进展和转移,使其成为一个有前景的治疗靶点。在本研究中,我们探讨了使用高保真Cas13d(hfCas13d)介导的RNA干扰在骨肉瘤细胞中敲低PLK1。结果显示,PLK1在骨肉瘤肿瘤组织中显著上调。通过hfCas13d转染介导的PLK1抑制抑制了骨肉瘤细胞增殖,诱导G2/M期细胞周期阻滞,促进凋亡,降低细胞侵袭并增加上皮标志物E-钙黏蛋白的表达。通过TurboID邻近标记结合免疫共沉淀鉴定出PLK1与Smad3的新相互作用,Smad3是TGF-β信号传导的关键细胞内转导因子。PLK1敲低削弱了Smad2/3磷酸化,并调节TGF-β/Smad3通路失活。最后,在体内递送靶向PLK1的hfCas13d载体显著减弱了裸鼠中骨肉瘤异种移植瘤的生长。总之,本研究强调PLK1是骨肉瘤中一个潜在的治疗靶点和疾病进展驱动因素。它也证明了hfCas13d介导的基因敲低作为靶向治疗策略的实用性。进一步优化PLK1抑制方法可能会最终改善骨肉瘤患者的临床结局。

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
PLK1在骨肉瘤中如何通过调控TGF-β/Smad3信号通路促进疾病进展,以及hfCas13d介导的PLK1敲低能否作为潜在的治疗策略?
核心机制
PLK1通过直接与Smad3相互作用,调节TGF-β/Smad3信号通路活性,从而影响骨肉瘤细胞增殖、凋亡和侵袭。
主要证据
通过TurboID邻近标记和Co-IP证实PLK1与Smad3物理相互作用;PLK1敲低后Smad2/3磷酸化水平增加;体内异种移植瘤模型中,PLK1敲低显著抑制肿瘤生长并降低p-Smad3表达。
研究意义
该研究为骨肉瘤的靶向治疗提供了PLK1作为潜在治疗靶点的证据,并展示了hfCas13d介导的基因敲除在靶向治疗中的实用性。

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

临床样本分析PLK1表达与预后关联

评估PLK1在骨肉瘤组织中的表达及其与患者预后的关系

使用GEPIA数据库分析PLK1在骨肉瘤组织中的表达水平,并通过Kaplan-Meier分析评估其与总体生存和无复发生存的关系。

2

构建hfCas13d介导的PLK1敲低稳转细胞系

在骨肉瘤细胞系中实现PLK1的特异性敲低

设计并合成靶向PLK1的sgRNA,克隆至慢病毒载体,包装慢病毒并感染MG-63和U2OS细胞,通过嘌呤霉素筛选稳定细胞系,并通过qRT-PCR和Western blot验证敲低效率。

3

体外功能实验评估PLK1敲低对增殖、凋亡和侵袭的影响

评估PLK1敲低对骨肉瘤细胞增殖、凋亡和侵袭的影响

通过CCK-8检测细胞活力,集落形成实验评估增殖;通过Annexin V/PI染色分析凋亡,Western blot检测Bax/Bcl-2;通过Transwell实验检测侵袭,并通过Western blot和qRT-PCR检测MMP2和E-cadherin的表达。

4

细胞周期和DNA复制分析

探究PLK1敲低对细胞周期和DNA复制的影响

通过PI染色流式细胞术分析细胞周期分布,通过EdU掺入实验评估DNA复制,并通过荧光显微镜观察染色质状态。

5

机制探索:PLK1相互作用蛋白鉴定及TGF-β/Smad3通路

鉴定PLK1的相互作用蛋白,并验证PLK1对TGF-β/Smad3通路的影响

使用TurboID邻近标记结合质谱分析鉴定PLK1潜在相互作用蛋白,并通过Co-IP验证PLK1与Smad3的相互作用;通过Western blot检测PLK1敲低后Smad2/3磷酸化水平。

6

体内异种移植瘤模型验证抗肿瘤效果

在体内评估hfCas13d介导的PLK1敲低对骨肉瘤生长的抑制作用

皮下注射MG-63细胞建立裸鼠异种移植瘤模型,7天后瘤内注射表达hfCas13d和靶向PLK1 sgRNA的慢病毒载体,定期测量肿瘤体积,收集肿瘤组织进行免疫组化检测PLK1和p-Smad3的表达。

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
hfCas13d质粒Addgene190034
PCR聚合酶VazymeP505
DMEM培养基GibcoSH30243.01
胎牛血清LonseraA511-001
MEM培养基Procell--
McCoy's 5A培养基Procell--
PEI 40000转染试剂Yeasen40816ES02
嘌呤霉素BeyotimeST551
TRNzol试剂Tiangen--
NanoDrop 3000分光光度计----
GoScript逆转录酶PromegaA2791
iTaq Universal SYBR Green预混液Bio-Rad1725121
LightCycler 480实时荧光定量PCR仪Roche--
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
PVDF膜Millipore--
ChemiScope 600 EXp成像系统ClinX--
抗HA抗体Proteintech51064-2-AP
抗Flag抗体Proteintech20543-1-AP
Protein A/G磁珠MCEHY-K0202
CCK-8试剂MCEHY-K0301
Annexin-V FITC/PI凋亡检测试剂盒BeyotimeC1062
Canto II流式细胞仪BD Biosciences--
EdU检测试剂盒RiboBioC10310-1
A1R-PLUS倒置荧光显微镜Nikon--
链霉亲和素磁珠BeyotimeP2151
BALB/c裸鼠Dashuo Biotech--
抗磷酸化Smad3抗体Rockland600-401-919
抗PLK1抗体Proteintech10305-1-AP
VS120虚拟玻片扫描仪Olympus--

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
细胞系来源、培养基和血清配方、培养条件和传代密度
阅读提示:参见Materials and Methods 2.2 Cell culturing
慢病毒包装与转染
包装质粒比例、PEI浓度、病毒收获时间、筛选浓度
阅读提示:参见Materials and Methods 2.3 Lentivirus packaging and transfection
PLK1敲低效率验证
sgRNA序列,转染方法,敲低效率的具体数值(mRNA和蛋白水平)
阅读提示:参见Results 3.1和Figure 1D, 1E
细胞增殖与活力检测
CCK-8实验的细胞数量、孵育时间;EdU标记浓度和时间
阅读提示:参见Materials and Methods 2.7和2.9,以及Figure 2A,B
细胞周期分析
PI染色固定方法、染色时间、细胞周期分布的具体改变
阅读提示:参见Materials and Methods 2.8和Figure 3A, 4A
凋亡检测
Annexin V/PI染色方法、凋亡细胞比例的变化;Bax/Bcl-2蛋白表达变化
阅读提示:参见Materials and Methods 2.8和Figure 5A,B
侵袭实验
Transwell小室类型、基质胶配置、细胞接种数量、侵袭时间;MMP2和E-cadherin表达变化
阅读提示:参见Materials and Methods 2.5和Figure 6A-D
Co-IP
裂解液成分、抗体使用、磁珠类型、洗涤条件
阅读提示:参见Materials and Methods 2.5和Figure 7C
体内异种移植实验
小鼠品系及来源、细胞注射数量、肿瘤体积计算方法、给药方式及时间
阅读提示:参见Materials and Methods 2.11和Figure 8A-C
免疫组化
一抗稀释度、抗原修复方法、染色强度定量方法
阅读提示:参见Materials and Methods 2.12和Figure 8D