赖氨酸去甲基化酶KDM1A通过FKBP8-BCL2轴促进肝细胞癌的细胞生长

Lysine demethylase KDM1A promotes cell growth via FKBP8-BCL2 axis in hepatocellular carcinoma.

作者信息Suli Lv, Xuefeng Zhao, Erlei Zhang, Yingying Yan, Xianyun Ma, Neng Li, Qingli Zou, Lidong Sun, Tanjing Song
PMID35970393
发布时间2022-09
DOI10.1016/j.jbc.2022.102374

实验完整度

包含细胞增殖与克隆形成、蛋白互作与修饰鉴定、质谱分析、患者样本验证、耐药细胞模型及异种移植瘤体内实验等多个独立证据层级,并进行功能与机制验证。

主要模型

HLF人肝癌细胞系 293T/AD293细胞 HCC患者组织样本 BALB/c裸鼠异种移植瘤模型

重点核对

KDM1A-KD和FKBP8-KD HLF细胞的增殖和克隆形成 KDM1A与FKBP8的相互作用及FKBP8-K377甲基化状态 KDM1A-K117乙酰化对胞质定位和蛋白稳定性的影响 索拉非尼耐药细胞模型的建立与KDM1A抑制的恢复 HCC患者样本中KDM1A、FKBP8、BCL2蛋白表达及相关性

摘要

晚期肝细胞癌(HCC)预后极差。KDM1A(赖氨酸去甲基化酶1A)在多种癌症类型中过表达,是一种靶向组蛋白和非组蛋白的赖氨酸去甲基化酶。然而,KDM1A表达如何影响HCC病因尚不清楚。在此,我们显示KDM1A可以相互作用并去甲基化FKBP8(FKBP脯氨酰异构酶8),这是一种通过抗凋亡蛋白BCL2(B细胞淋巴瘤-2)调节细胞存活的胞质蛋白。我们表明FKBP8的去甲基化增强了其稳定BCL2的能力。一致地,我们在肝癌患者中观察到KDM1A和BCL2蛋白水平之间的正相关。在功能上,我们揭示KDM1A对FKBP8的去甲基化对体外和体内肝癌细胞生长至关重要。我们进一步探索可能调节KDM1A胞质定位的机制。我们发现KDM1A的胞质定位和蛋白稳定性由乙酰转移酶KAT8(赖氨酸乙酰转移酶8)在赖氨酸-117处的乙酰化促进。与此一致,我们显示KDM1A–K117(赖氨酸117)乙酰化促进FKBP8的去甲基化和BCL2水平。最后,已显示索拉非尼(晚期HCC的一线治疗)的疗效受临床耐药性限制。我们显示在获得性索拉非尼耐药期间KDM1A和BCL2蛋白水平升高,而抑制KDM1A可以拮抗索拉非尼耐药。总之,这些结果定义了HCC中功能性的KDM1A–FKBP8–BCL2轴。

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
KDM1A表达如何影响肝细胞癌的发生发展,其调控机制及在索拉非尼耐药中的作用是什么?
核心机制
KAT8介导的KDM1A-K117乙酰化促进KDM1A胞质定位和稳定性,胞质KDM1A去甲基化FKBP8-K377,增强FKBP8与钙调蛋白结合,稳定BCL2蛋白,从而促进肝癌细胞生长和索拉非尼耐药。
主要证据
通过细胞增殖、克隆形成、Western blot、免疫共沉淀、质谱、体外甲基化/去甲基化实验、患者样本分析及异种移植瘤模型证实KDM1A-FKBP8-BCL2轴的功能和机制。
研究意义
揭示KDM1A–FKBP8–BCL2轴在HCC中的功能,提出抑制该轴可能使HCC治疗获益,并可能克服索拉非尼耐药。

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KDM1A在HCC细胞生长中的作用

确定KDM1A是否影响HCC细胞增殖。

在HLF细胞中敲低KDM1A,检测细胞增殖和克隆形成;表达KDM1A野生型或胞质定位突变体进行回补;使用KDM1A抑制剂处理。

2

鉴定KDM1A相互作用蛋白FKBP8

寻找KDM1A在胞质中的功能效应因子。

通过质谱分析KDM1A相互作用组,发现FKBP8;通过免疫共沉淀验证外源和内源相互作用;通过结构域缺失定位结合区域;敲低FKBP8检测细胞增殖和凋亡。

3

验证FKBP8被KDM1A去甲基化

确定KDM1A是否通过去甲基化FKBP8发挥作用。

筛选甲基转移酶,发现SMYD3甲基化FKBP8;通过突变和质谱确定甲基化位点K377;通过共表达和抑制剂处理验证KDM1A去甲基化FKBP8。

4

验证KDM1A通过FKBP8去甲基化调节BCL2蛋白水平

确定KDM1A对BCL2的调控是否依赖FKBP8及其去甲基化。

检测KDM1A敲低或抑制对BCL2蛋白水平的影响;在KDM1A-KD和FKBP8-KD细胞中回补FKBP8-WT或K377R突变体,检测BCL2水平;分析患者样本中KDM1A和BCL2的相关性;检测FKBP8突变对细胞增殖和异种移植瘤生长的影响。

5

鉴定KDM1A-K117被KAT8乙酰化

寻找调节KDM1A胞质定位的乙酰转移酶和乙酰化位点。

筛选乙酰转移酶,发现KAT8乙酰化KDM1A;通过缺失突变和质谱鉴定K117为乙酰化位点;验证KAT8活性和剂量依赖性。

6

验证K117乙酰化对KDM1A定位和稳定性的影响

确定K117乙酰化对KDM1A亚细胞定位和蛋白稳定性的作用。

在KDM1A-KD细胞中回补K117Q或K117R突变体,通过免疫荧光和亚细胞分级检测定位;检测蛋白水平变化;通过放线菌酮追踪实验比较稳定性;敲低JADE2验证其作用。

7

验证KDM1A-FKBP8-BCL2轴在索拉非尼耐药中的作用

确定该轴是否调节索拉非尼敏感性和耐药。

在HLF细胞中抑制KDM1A检测索拉非尼疗效变化;建立索拉非尼耐药细胞,检测KDM1A和BCL2表达;敲低KDM1A恢复敏感性;在原发性HCC细胞培养中检测KDM1A抑制效果及协同作用。

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
杜氏改良Eagle培养基Procell, IncGM150210
胎牛血清Gibco141-044
GSK2879552TargetMolT4418
ORY1001TargetMolT6922
索拉非尼AlladinS125098
曲古抑菌素AMCEHY-15144
烟酰胺Sigma72340
多西环素盐酸盐MCEHY-N0565B
抗KDM1A抗体CST2184
抗组蛋白H3抗体Abcam1791
抗GAPDH抗体AbclonalAC033
抗FKBP8抗体Proteintech11173-1-AP
抗甲基赖氨酸抗体Abcamab9045
抗BCL2抗体CST15071
抗β-肌动蛋白抗体AbclonalAC026
抗乙酰赖氨酸抗体CST9441
抗GFP抗体Proteintech50430-2-AP
抗KAT8抗体CST46862
抗JADE2抗体Proteintech11513-1-AP
抗Myc标签抗体Proteintech16286-1-AP
抗Myc标签抗体Santa Cruzsc-40
抗HA标签抗体CovanceMMS-101P
辣根过氧化物酶偶联抗GST标签抗体ProteintechHRP-66001
抗GST标签抗体OrigeneTA150101
辣根过氧化物酶偶联抗FLAG标签抗体SigmaA8592
抗HA标签抗体CST3724
抗Myc标签抗体Santa Cruzsc-40
Alexa Fluor偶联二抗Invitrogen715-545-150
4',6-二脒基-2-苯基吲哚----
封片剂AbcamAB104135
Trizol试剂Invitrogen15596018
脱氧核糖核酸酶ISigmaAMPD1-1KT
Improm-II逆转录试剂盒PromegaA3800
SYBR Green预混液Bio-Rad1725124
IV型胶原酶SigmaV900893
细胞过滤器Corning352360
表皮生长因子PeprotechAF-100-15
胰岛素-转铁蛋白-硒Gibco41400045
Y-27632MCEHY-10583
A83-01MCEHY-10432A
细胞计数试剂盒-8BeyotimeC0038
PES过滤器MilliporeSLHP033RB
嘌呤霉素InvivoGenANT-PR-1
新霉素InvivoGenant-hg-5
杀稻瘟菌素InvivoGenANT-BL-1
M2琼脂糖珠SigmaA2220
谷胱甘肽琼脂糖珠SigmaG4510
蛋白A/G偶联琼脂糖珠TransgenDP501-01
S-腺苷甲硫氨酸SigmaA7007
基质胶BD Biosciences354248

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
细胞培养与处理
细胞系来源;培养基及血清品牌和货号;处理浓度和时间:环己酰亚胺25 μg/ml、GSK2879552 10 μM、ORY1001 10 μM、索拉非尼5 μM、TSA 3.3 μM、NIM 20 mM、多西环素1 μg/ml。
阅读提示:Methods: Cell culture
敲低与回补实验
shRNA序列及靶点;慢病毒感染和筛选条件(嘌呤霉素4天、新霉素7天、杀稻瘟菌素7天);回补构建的突变体(KDM1A-WT、K114A/R115A、K117Q、K117R;FKBP8-WT、K377R)。
阅读提示:Methods: Lentivirus-mediated gene overexpression or KD; Reconstitution assay
蛋白互作与修饰检测
抗体及货号;免疫沉淀缓冲液成分;转染量;去乙酰化酶抑制剂处理条件(TSA 3.3 μM、NIM 20 mM,4小时);甲基化/去甲基化实验条件(SAM 1.2 mM、30°C 1小时;去甲基化缓冲液、30°C 2小时)。
阅读提示:Methods: Transfection-acetylation/methylation assay; In vitro methylation; In vitro demethylation
细胞增殖与克隆形成
CCK-8实验细胞数(2000/孔)、测量时间(1小时);克隆形成细胞数(500/孔)、培养时间(14天);生物学重复数(细胞计数4次、CCK-8 6次)。
阅读提示:Methods: Cell Counting Kit-8 assay; Colony-formation assay
体内异种移植实验
细胞注射量(5×10^6)、注射体积(100 μl,PBS:Matrigel 1:1)、小鼠品系(BALB/c裸鼠)、周龄(5-6周)、性别(雄性)、肿瘤测量时间(每周)、肿瘤体积计算方式。
阅读提示:Methods: Xenograft experiment
索拉非尼耐药细胞建立
诱导方法:递增索拉非尼浓度至7 μM,维持浓度5 μM;处理时间:2个月;KDM1A敲低恢复敏感性的实验条件(5 μM索拉非尼,4天)。
阅读提示:Methods: Establishment of sorafenib-resistant cells