TTN基因突变通过调节直肠腺癌肿瘤免疫微环境增强放疗疗效

Titin gene mutations enhance radiotherapy efficacy via modulation of tumour immune microenvironment in rectum adenocarcinoma.

作者信息Hengchang Liu, Jialiang Liu, Xu Guan, Zhixun Zhao, Pu Cheng, Haipeng Chen, Zheng Jiang, Xishan Wang
PMID39748197
发布时间2025-01
DOI10.1002/ctm2.70123

实验完整度

高

研究包含生物信息学分析、体外细胞功能实验(克隆形成、凋亡、DNA损伤修复)、体内小鼠模型及患者样本验证,并进行了机制验证(JUN调控ANKRD1、T细胞耗竭实验)。

主要模型

HCT116和SW837人直肠腺癌细胞系(TTN野生型和突变型) CT26和MC38小鼠结肠癌细胞系(TTN敲除) BALB/c裸鼠、BALB/c小鼠和C57BL/6小鼠皮下移植瘤模型 32例局部晚期直肠癌患者放疗前后配对肿瘤样本

重点核对

细胞系:HCT116(TTN−/MUT)、SW837(TTN WT/MUT)、CT26和MC38(TTN-KO) 放疗剂量:体外0、2、4、6、8 Gy;体内14 Gy(2 Gy/天×7天)或12 Gy TTN突变类型:R5163H(c.15488G>A)敲入突变 T细胞耗竭抗体:抗CD8(BE0061)、抗CD4(BE0003-1)、同型IgG2b(BE0090),200 mg尾静脉注射 患者放疗方案:氟尿嘧啶类新辅助放化疗,放疗总剂量50.4 Gy

摘要

目的:本研究通过检测肿瘤免疫微环境的变化,探讨Titin(TTN)基因突变对直肠腺癌(READ)放疗敏感性的影响。方法:从癌症基因组图谱(TCGA)和国际癌症基因组联盟(ICGC)数据库获取READ的基因表达和突变数据。生物信息学分析探讨TTN突变与免疫细胞浸润的相关性。在体外,使用慢病毒载体评估TTN突变对两种READ细胞系中ANKRD1表达的影响。过表达ANKRD1,并通过克隆形成实验评估放疗敏感性。流式细胞术、免疫荧光和彗星实验检测突变对细胞周期、凋亡和DNA损伤反应(DDR)的影响。分析了体内小鼠模型以及局部晚期直肠癌(LARC)患者放疗前后福尔马林固定石蜡包埋样本,随后进行预后评估。结果:生物信息学显示,TTN突变通过减缓细胞增殖、促进凋亡和减少DDR,增加LARC的放射敏感性。TTN突变还通过破坏JUN抑制ANKRD1表达,并增强CD4/CD8 T细胞浸润,改善抗肿瘤免疫和预后。临床研究观察显示,放疗后ANKRD1表达水平显著下降,同时CD4+和CD8+ T细胞数量显著增加。在READ中,TTN突变、低ANKRD1表达以及高密度CD4+和CD8+ T细胞的患者3年无病生存期更长。结论:我们的研究结果表明,TTN突变可作为READ放疗敏感性增强的生物标志物。通过改变肿瘤的免疫微环境,这些突变可能为个性化放疗策略提供新的靶点,有可能改善READ患者的治疗结果。

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
TTN基因突变如何影响直肠腺癌的放疗敏感性及其潜在的分子和免疫机制?
核心机制
TTN突变通过破坏JUN向ANKRD1启动子的招募,减少ANKRD1表达,进而削弱DNA损伤修复(尤其NHEJ途径),增强放疗诱导的凋亡和细胞周期阻滞;同时,TTN突变促进CD4+和CD8+ T细胞浸润,增强抗肿瘤免疫。
主要证据
生物信息学显示TTN突变与TMB及CD8+ T细胞浸润相关;体外克隆形成、彗星实验、免疫荧光和Western blot证明TTN突变增强放疗敏感性并削弱DNA修复;体内小鼠移植瘤模型、T细胞耗竭实验及患者样本(ANKRD1下降、T细胞增加)进一步验证。
研究意义
TTN突变可作为READ放疗敏感性增强的生物标志物,为个性化放疗策略和新的免疫治疗靶点提供潜在方向。

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

生物信息学分析TTN突变与免疫浸润

评估READ中TTN突变频率及与TMB、免疫细胞浸润的关联。

从TCGA(N=89)和ICGC(N=134)数据库获取基因表达和突变数据,使用maftools、GenVisR、CIBERSORT等软件分析,TIMER数据库验证,比较TTN突变组与野生型组的TMB和免疫细胞浸润。

2

构建TTN突变细胞系

获取TTN突变的直肠癌细胞模型,用于后续功能实验。

使用CRISPR/Cas9技术(TTN-sgRNA1和sgRNA2)在HCT116和SW837细胞中引入TTN-R5163H突变(c.15488G>A),经嘌呤霉素筛选和有限稀释克隆获得野生型和突变型细胞系。

3

体外放疗敏感性功能实验

验证TTN突变对直肠癌细胞放疗敏感性的影响。

对TTN野生型和突变型细胞进行不同剂量X射线照射,进行克隆形成实验检测细胞存活率,Western blot检测凋亡标志物(cleaved-PARP、cleaved-caspase 3),BrdU标记检测细胞周期分布。

4

DNA损伤修复评估

探究TTN突变是否影响放疗诱导的DNA损伤修复能力。

使用中性彗星实验检测DNA双链断裂程度,免疫荧光和免疫组化检测γH2AX焦点,Western blot检测RAD51和PARP表达,细胞周期富集实验和BrdU脉冲追踪评估细胞周期阻滞。

5

机制验证:TTN突变调控ANKRD1表达

明确TTN突变如何下调ANKRD1表达。

通过RT-qPCR和Western blot检测ANKRD1 mRNA和蛋白水平;通过Co-IP、RIP-qPCR、双荧光素酶报告基因和ChIP-qPCR验证JUN与ANKRD1启动子的结合及TTN突变的影响。

6

ANKRD1过表达回复实验

验证ANKRD1是否逆转TTN突变引起的放疗敏感性。

在TTN野生型和突变型细胞中过表达ANKRD1,进行克隆形成实验、Western blot检测凋亡标志物,以及体内裸鼠移植瘤实验评估肿瘤生长。

7

体内T细胞浸润及功能验证

评估TTN缺失对放疗诱导的免疫细胞浸润和抗肿瘤免疫的影响。

将TTN-KO的CT26和MC38细胞皮下接种至免疫活性小鼠,结合放疗,检测肿瘤生长;通过流式细胞术和免疫组化分析CD4+和CD8+ T细胞浸润;使用抗体耗竭T细胞验证其功能。

8

临床样本验证及预后分析

在患者样本中验证TTN突变相关的免疫变化及与预后的关联。

收集32例LARC患者放疗前后的配对肿瘤样本,通过免疫组化检测ANKRD1表达(H-score),免疫荧光检测CD4+和CD8+ T细胞数量,并根据TTN突变状态、ANKRD1表达和T细胞密度进行Kaplan-Meier生存分析。

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
DMEM培养基GibcoA1443001
McCoy's 5A培养基Gibco16600082
RPMI1640培养基GibcoA1049101
胎牛血清Gibco12483020
青霉素-链霉素Gibco15140148
嘌呤霉素GibcoA1113803
Lipofectamine 3000转染试剂InvitrogenL3000015
pCDH-CMV-MCS-EF1α-copGFP过表达载体System BiosciencesCD511B-1
Lenti-CRISPR v2慢病毒载体Hanbio Biotechnology--
HCT116细胞系Guangzhou Editgene BiotechnologyEDC00018
SW837细胞系Guangzhou Editgene BiotechnologyEDC00116
CT26细胞系Wuhan Procell Life Science & Technology Co., Ltd.CL-0071/CM-0071
MC38细胞系Shanghai Enzyme Research Biotechnology Co., Ltd.CC-Y2123/CC-Y2123M
Identifier试剂盒Applied Biosystems--
通用支原体检测试剂盒ATCC30-1012K
DNA纯化试剂盒Zymo ResearchD7001
Applied Biosystems 3730 DNA分析仪ThermoFisher4331247
Radsource RS2000生物辐照仪Radsource--
BD FACSAria Fusion分选仪BD Biosciences--
BD LSR Fortessa流式细胞分析仪BD Biosciences--
LSRII流式细胞仪BD Biosciences--
ECLIPSE E800荧光显微镜Nikon--
Alexa Fluor 488羊抗兔IgGCell Signaling Technology4412S
DAPI染色液Sigma-AldrichMBD0020
γH2AX抗体Abcamab2893
抗微管蛋白抗体Abcamab52866
Trevigen彗星实验试剂盒Trevigen4253-096-ESK
CometScore软件TriTek Corp--
抗BrdU抗体Sigma-Aldrich LLCSAB4700630
Lipofectamine 2000转染试剂----
SimpleChIP酶法染色质免疫沉淀试剂盒(磁珠)Cell Signaling Technology9003
JUN抗体Abcamab40766
正常IgGAbcamab172730
双荧光素酶报告基因检测系统PromegaE1910
Protein A/G磁珠Thermo Fisher Scientific88802
蛋白酶KThermo Fisher25530031
TRIzol试剂Invitrogen15596026
PrimeScript RT试剂盒TakaraRR047A
Fast SYBR Green PCR试剂盒Thermo Fisher Scientific (China) Co., Ltd.11736059
IgG Sepharose 6 Fast FlowGE Healthcare--
Protein G Sepharose 4 Fast FlowGE Healthcare--
小鼠抗JUN抗体BD Biosciences610326
抗IgG抗体Santa Cruz Biotechnologysc-51993
RIPA裂解液BeyotimeP0013C
BCA蛋白定量试剂盒ThermoFisher23227
TTN抗体Abcamab284860
cleaved PARP抗体Abcamab32064
cleaved caspase 3抗体Abcamab2302
γH2AX抗体Abcamab26350
RAD51抗体Abcamab133534
PARP抗体ThermoFisherMA5-15031
ANKRD1抗体Abcamab64963
β-actin抗体Abcamab8226
HRP标记二抗Abcamab6721/ab6728
ECL化学发光试剂Elabscience Biotechnology Co. Ltd.abs920
Bio-Rad成像系统Bio-Rad--
BALB/c裸鼠Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd.--
BALB/c小鼠Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd.--
C57BL/6小鼠Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd.--
抗CD8中和抗体Bio X CellBE0061
抗CD4中和抗体Bio X CellBE0003-1
同型IgG2b抗体Bio X CellBE0090
Alexa Fluor 647抗CD4抗体Abcamab225310
Alexa Fluor 647抗CD8抗体Abcamab237365
Ki67抗体Abcamab231172
γH2AX抗体Abcamab124781
CD4抗体Abcamab288724
CD8抗体Abcamab316778
生物素化羊抗兔IgGAbcamab97051
DAB显色液SolarbioDA1010
苏木素SolarbioH8070
细胞凋亡检测试剂盒BeyotimeC1088
蛋白酶KBeyotimeST532

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
细胞模型构建
TTN突变细胞系的构建方法和验证(CRISPR/Cas9、sgRNA序列、突变类型R5163H)、细胞系来源和培养基条件
阅读提示:Methods 2.6 “Generation of TTN knockout cells and TTN mutant knockout cells”和2.7“Cell culture”
放疗处理
体外照射剂量(0-8 Gy)和剂量率(113 cGy/min)、体内照射方案(14 Gy或12 Gy)
阅读提示:Methods 2.10 “Radiation clonogenic survival assay”和2.21 “In vivo experiments”
DNA损伤修复检测
γH2AX检测时间和定量标准(>10 foci为阳性)、彗星实验条件、RAD51/PARP检测
阅读提示:Methods 2.11 “Neutral comet assay experiment”、2.12 “Immunofluorescence detection”、2.20 “Western blot”
免疫细胞分析
流式检测CD4/CD8百分比的方案和抗体使用浓度、T细胞耗竭抗体类型和给药方案
阅读提示:Methods 2.22 “Analysis of immune cells in the intra-tumoral microenvironment”和2.21 “In vivo experiments”
临床样本分析
患者纳入标准、放疗方案(50.4 Gy)、样本采集时间点、ANKRD1 H-score评估和CD4/CD8密度判定标准
阅读提示:Methods 2.5 “Clinical sample collection”和2.23 “Immunohistochemistry (IHC) staining”