转座子诱变鉴定角质细胞转化和皮肤鳞状细胞癌进展过程中的协同遗传驱动因素

Transposon mutagenesis identifies cooperating genetic drivers during keratinocyte transformation and cutaneous squamous cell carcinoma progression

作者信息Aziz Aiderus, Justin Y Newberg, Liliana Guzman-Rojas, Ana M Contreras-Sandoval, Amanda L Meshey, Devin J Jones, Felipe Amaya-Manzanares, Roberto Rangel, Jerrold M Ward, Song-Choon Lee, Kenneth Hon-Kim Ban, Keith Rogers, Susan M Rogers, Luxmanan Selvanesan, Leslie A McNoe, Neal G Copeland, Nancy A Jenkins, Kenneth Y Tsai, Michael A Black, Karen M Mann, Michael B Mann
PMID34398873
发布时间2021-08-16
DOI10.1371/journal.pgen.1009094

实验完整度

包含体内转座子诱变筛选、SBCapSeq基因组测序、转录组分析、体外细胞功能实验和异种移植模型等多层级验证。

主要模型

SB|Onc3小鼠模型(携带Trp53突变) HaCaT人角质细胞系 A431、COLO16、SCC13人cuSCC细胞系 NSG免疫缺陷小鼠异种移植模型

重点核对

SB转座子插入位点的克隆性(读段深度阈值300,多区域测序为200) Zmiz1/2激活插入与基因表达升高的相关性 shRNA敲低效率及对细胞增殖的影响 异种移植实验中的肿瘤体积测量时间点和统计方法 小鼠模型中的Trp53基因型(野生型、R172H突变、KO)

摘要

在缺乏高度复发性致癌驱动突变的情况下,系统鉴定驱动细胞转化和肿瘤进展的遗传事件是皮肤肿瘤学中的一个挑战。在皮肤鳞状细胞癌(cuSCC)中,高水平的紫外线诱导突变负荷对实现该疾病的完整分子图谱构成了障碍。在此,我们利用Sleeping Beauty转座子诱变系统,在无紫外线辐射的情况下,统计学上定义了体内角质细胞转化和cuSCC进展的驱动因素,并鉴定了已知的肿瘤抑制基因和新的cuSCC致癌驱动因素。功能分析证实ZMIZ基因具有致癌作用,而KMT2C、CREBBP和NCOA2在人类cuSCC的发生或进展中具有肿瘤抑制作用。总之,我们的体内筛选表明cuSCC发生和进展的遗传景观极其异质,这可用于更好地理解皮肤致癌病因学并优先考虑治疗候选靶点。

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
在缺乏紫外线暴露的情况下,哪些协同遗传事件驱动角质细胞转化和皮肤鳞状细胞癌的进展?
核心机制
ZMIZ1/2的N端截短体(ΔN185/ΔN184)作为致癌驱动因子,通过激活转录促进角质细胞转化;同时,染色质重塑因子(如KMT2C、CREBBP、NCOA2)的失活协同驱动肿瘤进展。
主要证据
SB转座子诱变筛选鉴定出Zmiz1/2为高频插入位点;体外软琼脂实验显示ZMIZ1ΔN185促进HaCaT细胞集落形成;cuSCC细胞系中敲低KMT2C/NCOA2加速异种移植肿瘤生长。
研究意义
研究提供了cuSCC遗传驱动因素的全面图谱,并为理解皮肤癌病因学和开发潜在治疗策略奠定了基础。

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

SB转座子诱变小鼠模型构建

在体内模拟角质细胞转化和cuSCC发生,不依赖紫外线暴露

构建携带Actb-Cre、Trp53突变等位基因和SB转座子系统的SB|Onc3小鼠,观察肿瘤发生。

2

SBCapSeq测序分析转座子插入位点

鉴定cuSCC和cuKA中复发性SB插入位点,定义候选驱动基因

对60个cuSCC、11个cuKA和32个正常皮肤样本进行SBCapSeq测序,结合SB Driver Analysis统计筛选驱动基因。

3

转录组分析验证插入对基因表达的影响

验证SB插入对驱动基因表达的影响,尤其是Zmiz1/2

对7个cuSCC肿瘤进行全转录组RNA-seq,检测SB融合转录本,并分析差异表达基因。

4

体外功能验证ZMIZ1致癌作用

验证ZMIZ1ΔN185能否转化人角质细胞

在HaCaT细胞中稳定过表达ZMIZ1或ZMIZ1ΔN185,进行软琼脂集落形成实验;在A431和COLO16细胞中敲低ZMIZ1/ZMIZ2,检测细胞增殖。

5

体外功能验证染色质重塑因子抑癌作用

验证CREBBP、KMT2C、NCOA2敲低能否促进角质细胞转化

在HaCaT细胞中敲低这些基因,进行增殖和软琼脂集落形成实验。

6

体内异种移植实验验证抑癌作用

验证KMT2C和NCOA2在体内是否抑制cuSCC肿瘤生长

在A431、COLO16和SCC13细胞中稳定敲低KMT2C/NCOA2,皮下注射到NSG小鼠,测量肿瘤体积。

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
Ion Proton平台Life TechnologiesPIv3
TaqMan探针Life Technologies--
抗SBase抗体R&D Systems--
DMEM培养基ATCC30-2002
Leibovitz L-15培养基ATCC30-2001

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
小鼠模型构建
小鼠品系、Trp53基因型、转座子类型(T2/Onc3)、SB转座酶激活方式
阅读提示:Methods: Mice used for SB screens
SBCapSeq测序
DNA起始量、捕获探针、测序平台、插入位点分析参数(读段深度阈值)
阅读提示:Methods: Mapping transposon insertion sites using the SBCapSeq method
细胞增殖实验
细胞系、接种密度、培养时间、统计方法
阅读提示:Methods: Proliferation assay
软琼脂实验
琼脂浓度、细胞密度、培养时间、染色方法
阅读提示:Methods: Soft agar assay
异种移植实验
细胞数量、小鼠品系、注射部位、测量频率、统计方法
阅读提示:Methods: Xenografts