Runx1/3驱动的适应性内质网应激通路有助于神经纤维瘤的发生

Runx1/3-driven adaptive endoplasmic reticulum stress pathways contribute to neurofibromagenesis.

作者信息Youjin Na, Ashley Hall, Yanan Yu, Liang Hu, Kwangmin Choi, Jake A Burgard, Sara Szabo, Gang Huang, Nancy Ratner, Jianqiang Wu
PMID36759572
期刊Oncogene
发布时间2023-03
DOI10.1038/s41388-023-02620-x

实验完整度

包含细胞球体外实验、药理学和遗传学抑制、细胞移植模型、基因敲除小鼠模型、人样本验证及机制研究,功能验证和机制验证明确。

主要模型

小鼠施万细胞前体(SCP)神经纤维瘤球培养体系 Nf1fl/fl;DhhCre 小鼠模型 Perkfl/fl;Nf1fl/fl;DhhCre 小鼠模型 裸鼠细胞移植模型

重点核对

PERK抑制剂GSK2606414处理神经纤维瘤球(浓度范围,文中未明确说明全部浓度) Perk shRNA敲低后神经纤维瘤球数量变化 Perk条件敲除小鼠(Perkfl/fl;Nf1fl/fl;DhhCre)的肿瘤数量和大小对比 ATF4与p21基因启动子结合(ChIP实验) Exportin-1抑制剂KPT-330处理对p21转位的影响

摘要

1型神经纤维瘤病(NF1)患者易发生丛状神经纤维瘤(PNF)。三条内质网(ER)应激反应通路恢复细胞稳态。未折叠蛋白反应(UPR)传感器在许多癌症中促进肿瘤起始。我们发现所有三条UPR通路在小鼠和人PNF中均被激活,其中蛋白激酶RNA样ER激酶(PERK)表达最高。我们测试了神经纤维瘤细胞是否适应ER应激,从而促进其生长。药理学或遗传学抑制PERK可减少小鼠神经纤维瘤球数量,在细胞移植模型中,施万细胞前体(SCPs)中PERK的遗传抑制减少了肿瘤样病变数量。此外,在PNF小鼠模型中,施万细胞(SCs)和SCPs中删除PERK可减小肿瘤大小、减少数量并提高生存率。机制上,Nf1缺失激活PERK-eIF2α-ATF4信号,并增加ATF4下游靶基因p21从细胞核到细胞质的转位。这种核质转位由exportin-1介导。Runx转录激活核糖体基因表达并增加蛋白质合成,使SCs适应ER应激和肿瘤形成。我们提出靶向蛋白质稳态可能为PNF提供细胞毒性和/或潜在持久的新的治疗策略。

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
施万细胞中的内质网应激通路是否以及如何促进神经纤维瘤的形成和生长?
核心机制
Nf1缺失激活PERK-eIF2α-ATF4信号,ATF4上调p21并促进其通过exportin-1从细胞核转位到细胞质;Runx1/3转录激活核糖体基因表达,增加蛋白质合成,从而维持蛋白质稳态并适应ER应激,驱动神经纤维瘤形成。
主要证据
通过小鼠和人类PNF组织分析、PERK药理学和遗传学抑制、细胞移植模型、Perk条件敲除小鼠、ChIP实验以及蛋白质合成测定,证明了PERK通路和Runx调控的蛋白质合成在PNF形成中的作用。
研究意义
靶向蛋白质稳态(如抑制PERK或XPO-1)可能为PNF提供细胞毒性和潜在持久的治疗策略。

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

检测ER应激通路在PNF中的激活

验证ER应激通路在人和小鼠PNF中是否被激活

使用KEGG通路分析和GSEA分析已发表数据,Western blot检测DRG和PNF组织中ER应激相关蛋白表达。

2

评估PERK抑制对神经纤维瘤球形成的影响

验证PERK是否是神经纤维瘤细胞生长所必需的

使用PERK抑制剂GSK2606414处理WT和Nf1−/− DRG球以及PNF来源的球,检测球形成数量;使用shRNA敲低Perk验证特异性。

3

体内验证PERK对PNF肿瘤生长的影响

验证PERK在体内对神经纤维瘤形成和生长的作用

将shPerk或shNT处理的神经纤维瘤球移植到裸鼠皮下,观察肿瘤形成;在Perk条件敲除小鼠中分析肿瘤数目、大小和生存期。

4

分析p21的表达和亚细胞定位

检测ATF4下游靶基因p21在PNF中的表达和定位变化

通过Western blot检测总p21和磷酸化p21,免疫组化和免疫荧光检测p21在细胞核和细胞质的分布。

5

验证ATF4对p21的转录调控

确认ATF4是否直接结合p21基因并调控其表达和转位

使用ChIP实验检测ATF4在p21内含子区域的结合,并用shATF4处理神经纤维瘤球检测p21变化。

6

研究Exportin-1介导的p21核质转位

验证Exportin-1是否介导p21从细胞核向细胞质的转位

使用p21免疫沉淀检测与XPO-1的相互作用,并用XPO-1抑制剂KPT-330处理神经纤维瘤球观察p21定位变化。

7

探究Runx1/3对核糖体基因表达和蛋白质合成的影响

验证Runx转录因子是否调控核糖体基因表达和蛋白质合成,从而适应ER应激

使用基因本体分析、RNA-seq数据分析、qRT-PCR检测核糖体基因表达,并使用Click-iT蛋白合成试剂盒检测蛋白质合成速率。

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
GSK2606414EMD Millipore--
KPT-330AdooQ Bioscience--
CB-5083Chemgood--
PD-0325901Pfizer--
二甲基亚砜Sigma-Aldrich--
甲基纤维素Sigma-Aldrich--
聚山梨酯80Sigma-Aldrich--
Lenti-X浓缩器Takara Bio Inc--
抗小鼠PERK抗体Cell Signaling Technology3192S
抗p-PERK抗体Cell Signaling Technology3179S
抗IRE1α抗体Cell Signaling Technology43294S
抗ATF6抗体Cell Signaling Technology65880
抗p-eIF2α抗体Cell Signaling Technology3398S
抗ATF4抗体Cell Signaling Technology11815S
抗ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4695S
抗p-ERK抗体Cell Signaling Technology5726S
抗CHOP抗体Cell Signaling Technology5554S
抗PARP抗体Cell Signaling Technology9542S
抗XPO-1抗体Cell Signaling Technology46249
抗lamin B1抗体Cell Signaling Technology12586S
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology3683S
抗β-actin抗体Cell Signaling Technology5125S
抗p21抗体Santa Cruz Biotechnologysc-6246
抗p-p21抗体ElabscienceE-AB-20947
Ki67抗体Cell Signaling Technology12202S
Elite ABC试剂盒Vector Laboratories--
DAPI----
Fluoromount G封片剂Electron Microscopy Sciences--
原位细胞死亡检测试剂盒Roche Diagnostics12156792910
RNeasy试剂盒Qiagen--
High-Capacity cDNA逆转录试剂盒Life Technologies--
SYBR GreenApplied Biosystems--
Click-iT HPG Alexa Fluor 594蛋白质合成检测试剂盒ThermoFisherC10429
Olympus CKX41显微镜Olympus--
Zeiss Axiovert 200 M显微镜Zeiss--
Nikon C2共聚焦显微镜Nikon--

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
细胞培养与球形成实验
细胞密度、培养基成分、处理浓度和时间
阅读提示:Methods部分 'Mouse embryonic and neurofibroma cell derived sphere treatment'
Western blot
抗体稀释度、孵育时间、蛋白上样量
阅读提示:Methods部分 'Western blots'
动物实验
小鼠品系、基因型、给药剂量和途径、观察时间点
阅读提示:Methods部分 'Animals' 和 'Tumorigenesis assay in nude mice'
qRT-PCR
引物序列、内参基因、循环条件
阅读提示:Methods部分 'Quantitative real-time PCR (qRT-PCR)'
免疫沉淀
裂解液成分、抗体使用量、洗涤条件
阅读提示:Methods部分 'Immunoprecipitation assay'
免疫组化/免疫荧光
抗原修复条件、抗体浓度、孵育时间
阅读提示:Methods部分 'Immunohistochemistry and immunofluorescence'