EHMT2通过表观遗传沉默APC表达促进肝细胞癌的发病机制

EHMT2 promotes the pathogenesis of hepatocellular carcinoma by epigenetically silencing APC expression.

作者信息Yuan Guo, Yan-Rong Zhao, Huan Liu, Yang Xin, Jian-Zhi Yu, Yun-Jin Zang, Qing-Guo Xu
PMID34344448
发布时间2021-08-03
DOI10.1186/s13578-021-00663-9

实验完整度

包含患者样本表达分析、细胞系基因敲除与功能实验(增殖、软琼脂、异种移植)、机制验证(ChIP、报告基因)及抑制剂回复实验,多层级验证。

主要模型

Hep3B细胞系 Huh1细胞系 裸鼠异种移植模型 HCC患者肿瘤及癌旁组织

重点核对

EHMT2在HCC中表达升高(mRNA和蛋白水平) EHMT2敲除后细胞增殖、软琼脂集落形成及异种移植瘤生长抑制 EHMT2结合APC启动子并介导H3K9me2沉默APC表达 UNC0642处理抑制H3K9me2、细胞增殖和肿瘤生长,且依赖EHMT2 APC过表达逆转UNC0642对细胞增殖和肿瘤生长的抑制

摘要

背景:肝细胞癌(HCC)是全球癌症死亡的第二大原因,仅在中国,根据2009年至2011年的平均年发病率,就占新发癌症病例的一半以上(466,100例)和422,100例死亡。由于HCC发展背后的机制不清楚且复杂,有效的HCC治疗仍然不可用。Wnt–β-catenin通路是HCC发病机制的关键因素:40-70%的HCC患者肿瘤中存在β-catenin蛋白的核积累。然而,β-catenin激活的机制尚未完全明了。方法:通过瞬时转染携带EHMT2特异性小导向RNA(sgRNA)序列的pX459质粒,在Hep3B和Huh1细胞中实现EHMT2的敲除。所有实验均进行三次重复,并重复超过三次。结果:在本研究中,我们观察到与正常对照相比,EHMT2(而非EHMT1)的mRNA和蛋白水平在HCC中显著升高。接下来,在野生型和EHMT2−/− Hep3B和Huh1癌症干细胞中进行的Ki67染色、MTT、软琼脂和异种移植实验的结果共同揭示,EHMT2表达的升高是HCC肿瘤发生所必需的。同时,我们发现EHMT2表达的升高有助于Wnt–β-catenin信号的激活:在Hep3B或Huh1细胞中敲除EHMT2促进了β-catenin的细胞质定位,并抑制了Wnt–β-catenin信号靶标如Myc、CCND1、MMP-7等的表达。我们证明了EHMT2直接介导APC启动子的H3K9me2甲基化以表观遗传沉默其表达。更有趣的是,我们的发现还表明,UNC0642,一种EHMT2的特异性抑制剂,在体外和体内均显示出抗肿瘤发生效应,而这些效应在Hep3B和Huh1细胞中通过敲除EHMT2或过表达APC而大部分被消除。结论:总之,我们的观察强调EHMT2–APC轴是HCC中Wnt–β-catenin通路激活的关键贡献者,UNC0642可能是HCC靶向药物治疗的潜在候选药物。

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
EHMT2在肝细胞癌发病机制中的作用及其分子机制是什么?
核心机制
EHMT2直接结合APC启动子并介导H3K9me2甲基化,表观遗传沉默APC表达,从而解除APC对β-catenin的降解,激活Wnt–β-catenin信号通路,促进HCC肿瘤发生。
主要证据
患者样本中EHMT2表达升高;基因敲除和抑制剂实验证明EHMT2促进细胞增殖和肿瘤生长;ChIP-PCR显示EHMT2结合APC启动子并介导H3K9me2;UNC0642抑制H3K9me2、恢复APC表达、抑制Wnt–β-catenin信号,且这些效应因EHMT2敲除或APC过表达而减弱。
研究意义
本研究揭示EHMT2–APC轴是HCC中Wnt–β-catenin通路激活的关键机制,并提示EHMT2抑制剂UNC0642可能成为HCC靶向治疗的潜在候选药物。

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

EHMT2表达水平分析

评估EHMT2在HCC中的表达及其临床意义

利用TCGA和GTEx数据库分析EHMT2 mRNA表达,并在HCC患者肿瘤及配对癌旁组织中进行RT-qPCR和Western blot验证,并分析生存预后。

2

EHMT2基因敲除细胞系构建及功能验证

验证EHMT2在HCC细胞增殖和肿瘤发生中的作用

利用CRISPR/Cas9构建EHMT2敲除的Hep3B和Huh1细胞,通过Ki67染色、MTT、软琼脂集落形成实验和裸鼠异种移植实验检测细胞增殖和肿瘤生长。

3

UNC0642抑制剂效应评估

验证EHMT2抑制剂对HCC的体外和体内抗肿瘤效应

用UNC0642处理野生型和EHMT2敲除的Hep3B和Huh1细胞,检测H3K9me2水平、细胞增殖、集落形成,并进行异种移植实验评估体内肿瘤生长。

4

Wnt–β-catenin信号活性检测

验证EHMT2对Wnt–β-catenin信号的调控

检测β-catenin亚细胞定位,使用TOP/FOP荧光素酶报告基因检测Wnt3a诱导的信号活性,并通过RT-qPCR和Western blot检测靶基因表达和β-catenin蛋白水平。

5

APC调控机制验证

证明EHMT2直接结合APC启动子并介导H3K9me2沉默APC表达

利用ChIP-PCR检测EHMT2、H3K9me2和PolII在APC启动子的结合,以及UNC0642处理后APC mRNA和蛋白水平变化。

6

APC功能回复实验

验证APC是EHMT2介导的肿瘤促进功能的关键下游

通过慢病毒稳定过表达APC,检测UNC0642对细胞增殖、集落形成和异种移植肿瘤生长的影响是否被逆转。

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
Eagle最低必需培养基ATCC30-2003
杜氏改良Eagle培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
青霉素/链霉素Gibco--
PolyJet转染试剂SignagenSL100688
pX459质粒----
BbsI限制性内切酶New England BiolabsR0539V
嘌呤霉素ThermoFisher ScientificA1113803
TaKaRa MiniBEST通用RNA提取试剂盒TaKaRa9767
PrimeScript™ RT预混液TaKaRaRR036B
TB Green快速qPCR预混液TaKaRaRR430B
Thermal Cycler Dice实时荧光定量PCR仪IIITaKaRaTP950
核蛋白提取试剂盒Sangon BiotechC500009
Pierce™ BCA蛋白定量试剂盒ThermoFisher Scientific23225
Pierce ECL蛋白印迹底物ThermoFisher Scientific32106
Tanon 5200全自动图像分析系统Tanon--
EHMT2抗体Cell Signaling Technology3306
β-Actin抗体Cell Signaling Technology3700
β-catenin抗体Cell Signaling Technology8480
H3K9me2抗体ThermoFisher Scientific49-1007
多聚赖氨酸Millipore SigmaP4707
Triton X-100Elabscience BiotechnologyE-IR-R122
Ki67抗体Proteintech27309-1-AP
DAPI染料ThermoFisher ScientificD1306
徕卡显微镜Leica--
MTT检测试剂盒Abcamab211091
Synergy HTX酶标仪BioTek--
BALB/c裸鼠Shanghai SLAC Laboratory Animal Co., Ltd--
UNC0642----

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
患者样本分析
样本量(n=33),肿瘤及癌旁组织配对,RNAlater保存,蛋白和RNA提取方法
阅读提示:Methods: Patient specimens
细胞培养与基因敲除
细胞系来源(Hep3B: ATCC HB-8064;Huh1: JCRB0199),培养基种类,FBS浓度,sgRNA序列,转染试剂,嘌呤霉素筛选剂量和时间
阅读提示:Methods: Cell culture, Construction of KO cell lines
体外功能实验
MTT检测细胞数、时间点;软琼脂实验细胞数、培养时间;Ki67染色处理条件
阅读提示:Methods: Cell proliferation determination, Colony formation assay, Fig. 2 and 3 legends
异种移植实验
小鼠品系、每组数量、注射细胞数、UNC0642给药剂量和途径(5 mg/kg腹腔注射,每3天)
阅读提示:Methods: Xenograft assay
机制验证
ChIP-PCR抗体和细胞数;TOP/FOP荧光素酶实验条件;Wnt3a条件培养基浓度;UNC0642预处理条件
阅读提示:Methods: Western blot, Immunofluorescence staining, Results: 图4和5图注