环状RNA MTCL1通过抑制C1QBP泛素化降解并介导β-catenin激活促进晚期喉鳞状细胞癌进展

Circular RNA MTCL1 promotes advanced laryngeal squamous cell carcinoma progression by inhibiting C1QBP ubiquitin degradation and mediating beta-catenin activation

作者信息Zheng Wang, Anqi Sun, Aihui Yan, Jian Yao, Haibo Huang, Ziming Gao, Tao Han, Jia Gu, Ni Li, Huizhe Wu, Kai Li
PMID35366893
发布时间2022-04
DOI10.1186/s12943-022-01570-4

实验完整度

包含体外细胞功能实验(EdU、Transwell、伤口愈合)、体内异种移植模型、RNA pull-down、质谱、RIP、Co-IP、泛素化实验等,多层次验证circMTCL1-C1QBP-β-catenin机制。

主要模型

喉鳞癌细胞系TU212 喉鳞癌细胞系LCC 喉鳞癌细胞系LLN BALB/c裸鼠异种移植瘤和肺转移模型

重点核对

细胞系:TU212、LCC和LLN,HaCaT作为正常对照 临床样本:67对LSCC与癌旁组织(配对),以及140对用于IHC/ISH circMTCL1过表达或敲低的载体和siRNA序列 C1QBP敲低或过表达 体内实验:TU212细胞(2×10^6/鼠,5只/组,皮下;0.5×10^6/鼠,5只/组,尾静脉)

摘要

背景:环状RNA(circRNAs)在多种肿瘤中参与泛素化和去泛素化调控过程,主要发生在转录后表观遗传修饰水平。然而,circRNAs在晚期喉鳞状细胞癌(LSCC)中的潜在机制及其生物学功能仍不清楚。方法:应用RNA测序和实时定量PCR(qRT-PCR)筛选LSCC组织和细胞系中差异表达的circRNAs。通过RNA pull-down和质谱、原位杂交(ISH)、免疫组织化学(IHC)、qRT-PCR及生物信息学分析检测候选RNA结合蛋白和靶信号通路。利用体外和体内实验(包括EdU、Transwell、伤口愈合、Western blot及异种移植小鼠模型)研究这些分子的功能。通过RNA pull-down、RNA免疫沉淀(RIP)、Co-IP、ISH、泛素化实验、生物信息学分析和拯救实验鉴定分子机制。结果:我们发现微管交联因子1环状RNA(circMTCL1,circ0000825)通过促进补体C1q结合蛋白(C1QBP)依赖的泛素降解并随后激活Wnt/β-catenin信号通路,在喉癌的发生和发展中发挥关键的致癌功能。具体而言,circMTCL1在LSCC患者的配对组织(n=67)中显著上调,预示较差的临床结局。功能上,circMTCL1通过促进细胞增殖、侵袭和迁移能力发挥致癌生物学特性。异位circMTCL1增强LSCC细胞的增殖、迁移和侵袭,此效应可在体外和体内被C1QBP敲低逆转。机制上,circMTCL1通过含有特定识别序列(+159−+210)直接招募C1QBP蛋白,通过抑制其泛素-蛋白酶体介导的降解加速C1QBP表达的翻译。重要的是,C1QBP与β-catenin蛋白的直接相互作用增强,通过抑制β-catenin磷酸化并加速其在细胞质和核中的积累。结论:我们的发现揭示了一个涉及LSCC肿瘤发生和进展的新型circMTCL1-C1QBP-β-catenin信号轴,为circRNAs-普遍酸性糖蛋白介导的泛素降解提供了新见解,并为LSCC的治疗干预提供了策略和靶点。

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
本文旨在探究circRNAs在晚期喉鳞状细胞癌进展中的生物学功能和分子机制,特别是circMTCL1是否通过调控C1QBP的泛素化降解及影响Wnt/β-catenin通路发挥致癌作用。
核心机制
circMTCL1直接结合C1QBP,抑制其泛素-蛋白酶体降解,从而上调C1QBP,增强其与β-catenin的相互作用,抑制β-catenin磷酸化,促进其在细胞质和核内积累,激活Wnt/β-catenin通路。
主要证据
RNA-seq和qRT-PCR发现circMTCL1上调;RNA pull-down和质谱鉴定C1QBP为结合蛋白;CHX和MG132实验证明circMTCL1抑制C1QBP降解;泛素化实验证明抑制其泛素化;Co-IP证明C1QBP与β-catenin相互作用;功能实验证明circMTCL1促进增殖、侵袭和迁移,C1QBP敲低可逆转;体内实验证明circMTCL1敲低抑制肿瘤生长和转移。
研究意义
本研究揭示了circMTCL1-C1QBP-β-catenin轴在LSCC中的新机制,为circRNAs通过泛素化降解调控蛋白表达提供新见解,并为LSCC的诊断和治疗提供潜在的生物标志物和靶点。

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

筛选差异表达circRNA

鉴定LSCC组织和癌旁组织中差异表达的circRNAs

对4对LSCC和配对癌旁组织进行RNA-seq,并通过qRT-PCR验证候选circRNA在组织及细胞系中的表达。

2

鉴定circMTCL1特征

验证circMTCL1的环状结构、亚细胞定位及临床相关性

RNase R处理验证环状RNA特性,FISH和核质分离检测定位,qRT-PCR检测67对临床样本表达,ROC和Kaplan-Meier分析预后价值。

3

鉴定circMTCL1结合蛋白

寻找circMTCL1的直接结合蛋白并验证与C1QBP的相互作用

RNA pull-down结合质谱鉴定,Western blot验证候选蛋白,RNA pull-down和RIP验证直接结合,FISH和ISH/IHC检测共定位。

4

验证circMTCL1调控C1QBP表达

确定circMTCL1是否影响C1QBP蛋白水平及其降解

Western blot检测C1QBP在circMTCL1过表达或敲低后的表达,CHX追踪半衰期,MG132抑制蛋白酶体,泛素化实验检测C1QBP泛素化水平。

5

评估circMTCL1对细胞功能的影响

验证circMTCL1在体外对LSCC细胞增殖、迁移和侵袭的作用

通过EdU、Transwell迁移和侵袭实验、伤口愈合实验检测circMTCL1过表达或敲低对细胞功能的影响,并进行C1QBP拯救实验。

6

探索下游信号通路

验证circMTCL1是否通过C1QBP影响Wnt/β-catenin通路

Western blot检测β-catenin、p-β-catenin、GSK3β、p-GSK3β、APC、CK1等蛋白的变化,Co-IP检测C1QBP与β-catenin的相互作用。

7

验证体内功能

评估circMTCL1在体内对肿瘤生长和转移的影响

将稳定敲低circMTCL1的TU212细胞或对照细胞皮下注射或尾静脉注射BALB/c裸鼠,观察肿瘤生长、体积、重量,通过HE、IHC、ISH分析肿瘤组织。

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
TRIzol试剂Thermo Fisher15596018
核糖核酸酶REpicenter--
高容量cDNA逆转录试剂盒Thermo Fisher4374967
TB Green Premix Ex Taq IITaKaRaRR820A
RIPA裂解液SolarbioR0030
紫外分光光度计Thermo Fisher Scientific912A0888
PVDF膜Millipore--
化学发光系统Bio-Rad1708280
MG132Sigma-AldrichC2211
抗泛素抗体Proteintech10201-2-AP
Pierce RNA 3'末端脱硫生物素化试剂盒Thermo Fisher20163
链霉亲和素琼脂糖树脂珠Thermo Fisher Scientific--
Q Exactive质谱仪Thermo Fisher--
DAPI----
尼康倒置荧光显微镜Ti2-UNikonTi2-U
PARIS试剂盒InvitrogenAM1921
X-tremeGENE siRNA转染试剂Roche4476093001
X-tremeGENE DNA转染试剂Roche6366244001
Cell Light EdU Apollo488体外成像试剂盒RiboBioC10338-3
奥林巴斯显微镜IX53OlympusIX53
8μm孔径Transwell小室Corning--
Matrigel基质胶BD Bioscience354248
结晶紫Weijia Biology Science and Technology Co.--
Magna RIP RNA结合蛋白免疫沉淀试剂盒Millipore17-701
蛋白A琼脂糖珠CST8687S
切片机RM2016LeicaRM2016
RPMI-1640培养基Gibco--
胎牛血清Bovogen--
青霉素-链霉素----
胰蛋白酶-EDTA----
pLCDH载体GenePharmaY0009367
靶向circMTCL1或C1QBP的siRNAGenePharma--
含shRNA的慢病毒载体Hanbio--
琼脂糖----
引物Sangon--
ABI StepOnePlus实时PCR系统Thermo Fisher--
Illumina HiSeq X Ten平台Illumina--
Agilent 2100生物分析仪Agilent--

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
细胞系TU212、LCC、LLN、HaCaT的来源;培养基RPMI-1640含10%FBS;培养条件5% CO2, 37°C
阅读提示:Methods: Cell culture
样本收集
67例LSCC及配对癌旁组织;2016-2017年;伦理批准
阅读提示:Methods: Patients and specimens
circRNA筛选
4对LSCC和癌旁组织RNA-seq;差异表达阈值|log2FC|>1, P<0.05;验证qRT-PCR
阅读提示:Results: 第一节;Methods: RNA sequencing and analysis
RNA pull-down和质谱
生物素标记circMTCL1探针;细胞裂解液;链霉亲和素磁珠;质谱鉴定C1QBP
阅读提示:Methods: RNA pulldown and mass spectrometry
RNA稳定性和降解
RNase R处理(37°C 30min);CHX追踪半衰期;MG132处理(20μM, 6h)
阅读提示:Methods: RT-PCR and real-time quantitative RT-PCR; Ubiquitination assay; Figure 2h-i
泛素化实验
MG132处理(20μM, 6h);IP用C1QBP抗体;WB检测泛素化
阅读提示:Methods: Ubiquitination assay
细胞功能实验
EdU孵育2小时;Transwell迁移/侵袭(8μm孔径,24小时);伤口愈合(0和48小时)
阅读提示:Methods: EdU assays; Cell migration and invasion assay; Wound healing assay
体内实验
4周龄雄性BALB/c裸鼠;皮下注射2×10^6细胞/鼠,尾静脉0.5×10^6细胞/鼠;每组5只;4或8周后处死
阅读提示:Methods: Mouse model; Figure 6
蛋白检测
抗C1QBP (ab232712),抗β-catenin (ab6302),抗p-β-catenin (ab75777)等;稀释比例
阅读提示:Methods: Western blotting
统计分析
t检验,Kaplan-Meier存活分析,卡方检验;P<0.05
阅读提示:Methods: Statistical analysis