DNMT3A介导的FZD5启动子DNA甲基化与转录抑制抑制肺癌发生

DNMT3A-mediated DNA methylation and transcription inhibition of FZD5 suppresses lung carcinogenesis.

作者信息Jiqiao Shen, Jinchen Su, Xiangling Chu, Xin Yu, Xiwen Gao
PMID38707304
期刊Heliyon
发布时间2024-04-16
DOI10.1016/j.heliyon.2024.e29733

实验完整度

包含细胞体外功能实验、小鼠体内成瘤实验、启动子甲基化检测、ChIP和荧光素酶报告实验等多个独立证据层级,并有功能验证和机制验证。

主要模型

C57BL/6小鼠原发性肺癌模型 NSCLC细胞系NCI-H1299和Calu-3 正常肺成纤维细胞CCD-19Lu NSCLC患者组织芯片

重点核对

乌拉坦剂量1 g/kg,每周腹腔注射,持续10周 sh-FZD5慢病毒载体尾静脉注射,分组sh-NC、sh-FZD5、oe-NC、oe-DNMT3A、oe-DNMT3A+oe-FZD5,每组8只 细胞系NCI-H1299(RPMI-1640)、Calu-3(MEM)和CCD-19Lu(DMEM/F12K),10% FBS,1%抗生素,37°C,5% CO2 CCK-8检测细胞活力(0、24、48、72小时) Western blot一抗:FZD5 (1:1000, ab75234),DNMT3A (1:1000, 3598) ChIP抗体:DNMT1 (1:50, 5032),DNMT3A (1:50, 3598),DNMT3B (1:20, NB300-516) 统计方法:Student's t-test或单/双向ANOVA,p<0.05

摘要

背景:基于生物信息学预测,本研究探讨异常转录因子Frizzled 5(FZD5)表达与非小细胞肺癌(NSCLC)发生之间的相关性。方法:通过腹腔注射乌拉坦建立原发性NSCLC小鼠模型。随后给予基于慢病毒的FZD5沉默,以检测其在小鼠肺肿瘤发生中的作用。在两个NSCLC细胞系中诱导FZD5沉默,以检测其在体外细胞恶性行为中的功能。采用定量甲基化特异性PCR评估NSCLC细胞中的DNA甲基化水平。通过染色质免疫沉淀试验评估调控FZD5的DNA甲基转移酶(DNMT)。随后,在小鼠和NSCLC细胞中过表达DNMT3A,以验证其对FZD的调控及其在NSCLC发展中的生物学作用。结果:在NSCLC中,FZD5表达升高,其敲低降低了乌拉坦攻击小鼠的肿瘤发生率。FZD5沉默也抑制了Calu-3和NCI-H1299细胞体外的增殖、迁移和侵袭。NSCLC中FZD5的异常上调至少部分是由于启动子甲基化水平降低所致。DNMT3A结合FZD5启动子抑制其转录,在NSCLC中表达低下。人工上调DNMT3A抑制了乌拉坦诱导的小鼠肺癌发生,并抑制了NSCLC细胞体外的恶性表型。结论:本研究表明,DNA甲基化水平缺失诱导的FZD5激活与NSCLC的发生和进展相关。

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
FZD5在NSCLC中的表达及其在肺癌发生中的作用,以及其上游调控机制(特别是DNA甲基化)如何影响NSCLC的发生和进展。
核心机制
在NSCLC中,DNMT3A表达低下导致FZD5启动子甲基化水平降低,进而解除对FZD5转录的抑制,使FZD5表达升高,从而促进肺癌发生与恶性进展。
主要证据
通过GEO和TCGA数据库分析发现FZD5在NSCLC中高表达且与预后不良相关;在乌拉坦诱导的肺癌小鼠模型中敲低FZD5降低肿瘤发生率;在NSCLC细胞系中敲低FZD5抑制增殖、迁移和侵袭;ChIP-qPCR证明DNMT3A直接结合FZD5启动子;过表达DNMT3A抑制体内外肿瘤发生,而FZD5过表达逆转该效应。
研究意义
该研究揭示了FZD5在NSCLC发生中的新作用,并指出FZD5可能作为NSCLC治疗的潜在靶点。

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

生物信息学筛选与临床样本验证

鉴定NSCLC中潜在的关键基因并验证其表达与预后相关性。

分析GEO数据集GSE43580和TCGA数据库,筛选在NSCLC中高表达的基因,并通过KMplotter分析预后关系;使用IHC检测NSCLC患者组织芯片中FZD5蛋白表达。

2

体内FZD5敲低对肺癌发生的影响

验证FZD5在体内的促肿瘤作用。

C57BL/6小鼠经腹腔注射乌拉坦诱导原发性肺癌,通过尾静脉注射慢病毒介导sh-FZD5,评估肿瘤发生率、肿瘤结节数、组织病理及FZD5和PCNA表达。

3

体外FZD5沉默对NSCLC细胞恶性表型的影响

验证FZD5在细胞增殖、迁移和侵袭中的作用。

在NCI-H1299和Calu-3细胞中通过慢病毒转染sh-FZD5,检测mRNA和蛋白水平变化,并通过CCK-8、克隆形成、划痕和Transwell实验评估增殖、迁移和侵袭。

4

FZD5启动子甲基化及相关DNMT鉴定

探究FZD5表达失调的机制及调控其甲基化的酶。

通过RT-qPCR检测FZD5 mRNA,qMSP检测启动子甲基化水平,ChIP检测DNMT1/2/3A/3B与FZD5启动子结合,并检测DNMT3A表达。

5

DNMT3A过表达对FZD5转录的调控

验证DNMT3A是否通过甲基化FZD5启动子抑制其转录。

在NCI-H1299和Calu-3细胞中过表达DNMT3A,检测DNMT3A和FZD5 mRNA表达,并通过荧光素酶报告基因检测启动子转录活性。

6

DNMT3A过表达及其与FZD5协同作用的体内验证

验证DNMT3A在体内是否抑制肺癌发生,且该效应是否部分通过FZD5实现。

在乌拉坦诱导的小鼠模型中,分别给予oe-DNMT3A或oe-DNMT3A+oe-FZD5,检测肿瘤发生率、结节数、病理变化及FZD5和PCNA表达。

7

DNMT3A过表达对癌细胞恶性表型的挽救实验

验证DNMT3A的抑癌作用是否通过抑制FZD5实现。

在NCI-H1299和Calu-3细胞中过表达DNMT3A和FZD5,检测增殖、克隆形成、迁移和侵袭能力。

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
乌拉坦Sigma-Aldrich94300
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific--
逆转录试剂盒Roche11483188001
TB Green快速qPCR预混液TakaraRR430A
FZD5抗体Abcamab75234
PCNA抗体Proteintech10205-2-AP
RIPA裂解液----
BCA蛋白浓度测定试剂盒BeyotimeP0012S
增强化学发光试剂Thermo Fisher Scientific34580
DNMT3A抗体Cell Signaling Technology3598
GAPDH抗体Abcamab9485
CCK-8试剂BeyotimeC0037
FlexiGene DNA提取试剂盒Qiagen51206
EZ DNA甲基化-闪电自动化试剂盒Zymo ResearchD5049
Power SYBR Green PCR预混液Applied Biosystems4368708
EZ-Magna ChIP G染色质免疫沉淀试剂盒Sigma-Aldrich17-409
DNMT1抗体Cell Signaling Technology5032
DNMT3B抗体Novus BiologicalsNB300-516
荧光素酶检测试剂盒MedChem ExpressHY-K1013

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
小鼠肺癌模型建立
小鼠品系C57BL/6,乌拉坦剂量1 g/kg,每周腹腔注射,持续10周,末次处理后4个月处死。
阅读提示:Materials and methods 2.1
体内基因操作
慢病毒载体(sh-NC、sh-FZD5、oe-NC、oe-DNMT3A、oe-FZD5),尾静脉注射时机为乌拉坦处理2个月后,分组和样本量(每组8只)。
阅读提示:Materials and methods 2.1
细胞培养与转染
NCI-H1299使用RPMI-1640、Calu-3使用MEM、CCD-19Lu使用DMEM/F12K,补充10% FBS和1%抗生素,培养条件37°C、5% CO2。慢病毒转染后抗生素筛选稳定株。
阅读提示:Materials and methods 2.5
细胞功能实验
CCK-8检测时间点(0、24、48、72小时),克隆形成培养2周,划痕实验观察24小时,Transwell实验24小时且上室预包被Matrigel。
阅读提示:Materials and methods 2.7-2.10
分子机制实验
qMSP检测DNA甲基化水平,ChIP-qPCR检测DNMT1/3A/3B与FZD5启动子结合,荧光素酶报告实验检测启动子活性。抗体信息:FZD5 (1:1000, ab75234)、DNMT3A (1:1000, 3598)、ChIP抗体浓度和编号。
阅读提示:Materials and methods 2.4, 2.6, 2.11-2.13