DNMT1驱动的RORA甲基化通过SLC2A3促进缺氧条件下食管鳞状细胞癌的进展

DNMT1-driven methylation of RORA facilitates esophageal squamous cell carcinoma progression under hypoxia through SLC2A3.

作者信息Wenjian Yao, Linlin Shang, Yinghao Wang, Lei Xu, Yu Bai, Mingyu Feng, Xiangbo Jia, Sen Wu
PMID39741267
发布时间2024-12-31
DOI10.1186/s12967-024-05960-8

实验完整度

包含体外细胞功能实验、体内异种移植瘤模型、临床样本分析、DNA pull-down/蛋白质组学、ChIP-qPCR、双荧光素酶报告基因和糖酵解检测等多个独立证据层级,且进行了功能验证和机制验证。

主要模型

KYSE150和TE-1人ESCC细胞系 BALB/c裸鼠皮下异种移植瘤模型 5例ESCC患者癌与癌旁组织样本

重点核对

缺氧条件:1% O2、94% N2、5% CO2,处理24小时 DNMT1抑制剂地西他滨(DCA)处理浓度0.5 µM,处理48小时 RORA敲低(shRORA)或过表达(RORA cDNA)的细胞模型 异种移植瘤实验中每组5只BALB/c裸鼠,每只接种5×10^6个KYSE150细胞,观察28天 SLC2A3过表达质粒的拯救实验

摘要

背景:RAR相关孤儿受体α(RORA)是一种生物钟分子,与抑癌基因高度相关。在本文中,我们明确了RORA在缺氧条件下食管鳞状细胞癌(ESCC)发展中的精确作用和机制基础。方法:通过RT-qPCR、蛋白质印迹、免疫荧光(IF)和免疫组织化学(IHC)测定进行表达分析。通过检测RORA对细胞活力、运动性、侵袭和肿瘤生长的影响来评估其功能。采用DNA pull-down实验和蛋白质组学分析鉴定与RORA启动子结合的蛋白质。通过DNA焦磷酸测序检测RORA启动子的甲基化水平。进行RNA-seq分析以探索RORA的下游机制,并通过ChIP-qPCR和双荧光素酶报告基因实验验证RORA对SLC2A3的转录调控。通过检测葡萄糖消耗以及乳酸和ATP的产生来评估糖酵解。结果:在体外,RORA被证明在缺氧条件下抑制ESCC细胞的活力、运动性和侵袭。在体内,小鼠异种移植瘤中RORA表达增加阻碍了肿瘤生长。DNMT1被鉴定广泛存在于RORA启动子中,在缺氧诱导的KYSE150 ESCC细胞中增加DNA甲基化并降低RORA表达。机制上,RORA通过与SLC2A3启动子F1区域相互作用来失活葡萄糖转运蛋白SLC2A3的转录。此外,拯救实验揭示RORA介导的ESCC细胞迁移和侵袭的抑制作用主要基于其对SLC2A3和糖酵解的负调控。结论:DNMT1驱动的RORA甲基化主要通过影响SLC2A3转录和糖酵解促进ESCC进展。这些发现使RORA成为抗癌治疗药物的潜在靶点。

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
在缺氧条件下,RORA在ESCC中的表达失调机制及其对肿瘤进展的影响是什么?
核心机制
DNMT1通过诱导RORA启动子高甲基化抑制其表达,解除RORA对SLC2A3启动子F1区域的转录抑制,从而促进ESCC细胞的糖酵解、迁移和侵袭。
主要证据
体外实验显示RORA抑制ESCC细胞活力、迁移和侵袭;异种移植瘤模型中RORA过表达抑制肿瘤生长;ChIP和双荧光素酶实验证实RORA直接结合SLC2A3启动子F1区域;拯救实验证实RORA的抗肿瘤作用依赖于SLC2A3。
研究意义
该研究首次阐明RORA在ESCC发展中的精确生物学功能,并提出RORA作为ESCC抗癌治疗的潜在靶点。

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

临床样本和数据库分析

分析RORA在ESCC组织和正常组织中的表达差异及其与诊断和预后的关联

利用UCSC XENA数据库(TCGA和GTEx)分析RORA mRNA表达,并通过IHC检测5对ESCC患者癌与癌旁组织中RORA蛋白表达。进行ROC曲线和Kaplan-Meier生存分析评估RORA的诊断和预后价值。

2

体外功能实验

评估RORA在缺氧条件下对ESCC细胞活力、迁移和侵袭的影响

在KYSE150和TE-1细胞中敲低或过表达RORA,在缺氧条件下通过CCK-8、伤口愈合、Transwell和IF实验检测细胞活力、迁移、侵袭及MMP2/MMP9表达,并通过Western blot检测EMT标志物。

3

体内异种移植瘤实验

验证RORA在体内对ESCC肿瘤生长的抑制作用

将稳定过表达RORA或对照的KYSE150细胞皮下注射至BALB/c裸鼠,28天后测量肿瘤体积和重量,并通过RT-qPCR、Western blot、IHC和IF检测RORA、HIF1A、Ki67、PCNA、MMP2和MMP9的表达。

4

RORA启动子甲基化机制研究

探究DNMT1对RORA启动子的甲基化调控及其在缺氧条件下的作用

通过DNA pull-down结合蛋白质组学鉴定RORA启动子结合蛋白,发现DNMT1;通过ChIP-qPCR验证DNMT1与RORA启动子结合;使用DCA或shDNMT1处理细胞,通过RT-qPCR和Western blot检测RORA表达,通过DNA焦磷酸测序检测启动子甲基化水平。

5

下游靶基因筛选与验证

确定RORA调控的参与糖酵解的下游靶基因

对RORA过表达和对照的缺氧ESCC细胞进行RNA-seq,筛选差异表达基因,发现SLC2A3作为候选靶基因;通过RT-qPCR和Western blot验证RORA对SLC2A3的负调控;通过JASPAR预测结合位点,利用ChIP-qPCR和双荧光素酶报告基因实验验证RORA与SLC2A3启动子F1区域的结合。

6

拯救实验

验证RORA的抗肿瘤作用是否依赖于SLC2A3

在RORA过表达的ESCC细胞中同时转染SLC2A3过表达质粒,在缺氧条件下检测细胞迁移、侵袭、EMT标志物及糖酵解指标(葡萄糖摄取、乳酸和ATP产量)。

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Servicebio--
胎牛血清----
Corning培养板/皿Corning--
地西他滨SelleckS1200
TE-1细胞系ServicebioSTCC11904G
KYSE150细胞系ProcellCL-0638
Lipofectamine 3000转染试剂Invitrogen--
RNAeasy提取试剂盒BeyotimeR0027
SweScript RT II cDNA合成试剂盒ServicebioG3333
2× SYBR混合液ABI4472908
RIPA裂解液Beyotime--
磷酸酶抑制剂Beyotime--
高灵敏度ECL试剂盒ServicebioG2020
抗RORA抗体Proteintech10616-1-AP
抗HIF1A抗体Proteintech20960-1-AP
抗Snail抗体Proteintech13099-1-AP
抗N-cadherin抗体Proteintech22018-1-AP
抗E-cadherin抗体Proteintech20874-1-AP
抗SLC2A3抗体Proteintech20403-1-AP
抗β-actin抗体Proteintech81115-1-RR
CCK-8底物BeyotimeC0041
Transwell小室(8.0 μm孔径)BD Biosciences--
Matrigel侵袭小室BD Biosciences--
BALB/c裸鼠ShulaibaoVM0020
VECTASTAIN Elite ABC试剂盒Vector Laboratories--
抗Ki67抗体Proteintech27309-1-AP
HRP-IgG二抗ServicebioGB23303
抗MMP2抗体Proteintech10373-2-AP
抗MMP9抗体Proteintech10375-2-AP
Alexa-488偶联IgGServicebioGB25303
抗PCNA抗体Abcamab92552
Cy3标记IgGServicebioGB21303
链霉亲和素磁珠InvitrogenSA10004
HRP偶联链霉亲和素ServicebioG3431
尼龙膜(0.45 μm)BeyotimeFFN10
胞浆胞核蛋白提取试剂盒BeyotimeP0028
L-3000高效液相色谱系统----
ChIP检测试剂盒BeyotimeP2078
抗DNMT1抗体Proteintech24206-1-AP
兔正常IgGProteintech30000-0-AP
PyroMark Q48测序平台Qiagen--
Trizol试剂Invitrogen--
Agilent 2100生物分析仪Agilent Technologies--
双荧光素酶报告基因检测系统Promega--
FLUOstar OPTIMA多功能酶标仪BMG Labtech--
葡萄糖检测试剂盒BeyotimeS0201S
乳酸检测试剂盒ServicebioGM3029
ATP含量检测试剂盒ServicebioG4309-48T
pLV3-U6-RORA(human)-shRNA1质粒MiaolingbioP37005
pLV3-U6-RORA(human)-shRNA3质粒MiaolingbioP37004
pLV3-CMV-RORA(human)质粒MiaolingbioP37357

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
缺氧处理
缺氧条件:1% O2、94% N2、5% CO2,处理时间24小时
阅读提示:Methods: Cell lines, treatment and hypoxia stimulation
DNMT1抑制处理
DCA浓度0.5 µM,处理时间48小时
阅读提示:Methods: Cell lines, treatment and hypoxia stimulation
细胞转染
shRORA质粒转染比例1:1;Lipofectamine 3000转染试剂;稳定转染后嘌呤霉素筛选72小时
阅读提示:Methods: Cell transfection
异种移植瘤模型
BALB/c裸鼠,每组5只,皮下接种5×10^6 KYSE150细胞,观察28天
阅读提示:Methods: Xenograft studies
RORA启动子结合蛋白鉴定
DNA pull-down实验:探针10 µg,链霉亲和素磁珠35 µL,室温孵育30分钟,加核蛋白后孵育60分钟
阅读提示:Methods: DNA pull-down assay and proteomic analysis
ChIP实验
超声破碎DNA片段400-800 bp;抗体:anti-DNMT1或anti-RORA;使用A+G Agarose/Salmon Sperm DNA沉淀
阅读提示:Methods: Chromatin immunoprecipitation (ChIP) assay
双荧光素酶报告基因
HEK293T细胞转染报告质粒和RORA质粒,转染48小时后检测荧光素酶活性
阅读提示:Methods: Dual-luciferase reporter assay
糖酵解检测
检测葡萄糖摄取、乳酸和ATP产量,使用相应试剂盒
阅读提示:Methods: Glycolysis analysis