G3BP1调控衰老相关分泌表型及其对癌症进展的影响

G3BP1 controls the senescence-associated secretome and its impact on cancer progression.

作者信息Amr Omer, Monica Cruz Barrera, Julian L Moran, Xian J Lian, Sergio Di Marco, Christian Beausejour, Imed-Eddine Gallouzi
PMID33020468
发布时间2020-10-05
DOI10.1038/s41467-020-18734-9

实验完整度

高

包含体外细胞模型、RNA测序、分子机制验证及小鼠体内肿瘤模型,具备功能与机制验证。

主要模型

WI-38人胚肺成纤维细胞 IMR-90人胚肺成纤维细胞 A549肺癌细胞 NSG小鼠皮下共注射肿瘤模型

重点核对

衰老诱导方式:电离辐射10 Gy或HRASG12V慢病毒过表达 G3BP1敲低:siRNA靶向外显子4(siG3BP1 #1)和外显子7(siG3BP1 #2) EGCG处理浓度:10、20、40 μM 体内共注射细胞数量:A549 mPlum细胞2.5×10^5,衰老WI-38细胞5×10^5 cGAMP补充浓度:1 μg/mL处理24 h

摘要

细胞衰老是癌变和年龄相关疾病的已知驱动因素,但衰老也是多种生理过程所必需的。然而,控制衰老负面影响同时保留其益处的机制和因子仍不清楚。在此,我们证明rasGAP SH3结构域结合蛋白1(G3BP1)是衰老相关分泌表型(SASP)激活所必需的。在衰老过程中,G3BP1通过促进环鸟苷酸-腺苷酸合成酶(cGAS)与胞质染色质片段的结合来实现这一效应。进而,G3BP1通过cGAS激活NF-κB和STAT3通路,促进SASP表达和分泌。G3BP1缺失或药理学抑制会损害cGAS通路,阻止SASP因子的表达而不影响细胞进入衰老。这些无SASP的衰老细胞在体外损害衰老介导的癌细胞生长,在体内损害肿瘤生长。我们的数据揭示G3BP1是SASP表达所必需的,且SASP分泌是衰老相关肿瘤生长的主要介质。

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
G3BP1是否调控衰老细胞的有害效应,特别是SASP表达及其对肿瘤生长的影响,以及其分子机制为何。
核心机制
G3BP1促进cGAS与胞质染色质片段结合,激活NF-κB和STAT3通路,进而诱导SASP表达和分泌;G3BP1缺失或抑制则损害该通路,产生无SASP的衰老细胞。
主要证据
在WI-38和IMR-90衰老细胞中敲低G3BP1不影响衰老标志物,但RNA测序和qPCR显示SASP因子及NF-κB、STAT3信号下降;免疫荧光显示cGAS与胞质染色质片段共定位减少;cGAMP补充可恢复SASP;EGCG抑制G3BP1重现上述效应;体外共培养和NSG小鼠共注射实验表明G3BP1缺失的衰老细胞不能促进肿瘤生长。
研究意义
揭示G3BP1是SASP表达的关键调控因子,靶向G3BP1可在不影响衰老进程的情况下抑制SASP,为对抗衰老相关疾病和癌症提供潜在策略。

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

建立G3BP1敲低的衰老细胞模型

确认G3BP1缺失是否影响细胞进入衰老。

在WI-38和IMR-90细胞中用siRNA敲低G3BP1,通过电离辐射(10 Gy)或HRASG12V过表达诱导衰老,检测SA-β-gal、SAHF、Lamin B1、γH2AX、Ki-67及p21/p16等标志物。

2

分析G3BP1缺失对衰老细胞转录组和SASP的影响

明确G3BP1缺失对衰老相关分泌表型及信号通路的影响。

对照射后WI-38细胞进行RNA测序和IPA分析,用qPCR验证SASP因子mRNA,用多重蛋白芯片检测条件培养基中SASP因子,用Western blot和免疫荧光检测NF-κB和STAT3活化。

3

验证G3BP1通过cGAS-IFN通路调控SASP

确定G3BP1是否通过cGAS及I型干扰素通路影响SASP。

检测IFNB1 mRNA和IRF3磷酸化,免疫荧光观察cGAS与胞质染色质片段共定位,双敲低G3BP1和cGAS,补充cGAMP(1 μg/mL,24 h)检测通路恢复,使用EGCG(10、20、40 μM)抑制G3BP1。

4

评估无SASP衰老细胞对肿瘤生长的体外影响

验证G3BP1缺失的衰老细胞是否丧失促进肿瘤细胞增殖和迁移的能力。

使用Transwell共培养体系将衰老WI-38细胞与A549或CBSF-4T细胞共培养,计数A549细胞生长,用划痕实验检测迁移。

5

评估G3BP1缺失衰老细胞对体内肿瘤生长的影响

在体内验证G3BP1缺失的衰老细胞是否影响肿瘤生长。

将A549 mPlum细胞单独或与衰老WI-38细胞共注射到NSG小鼠皮下,监测肿瘤体积和荧光信号。

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
杜尔贝科改良鹰培养基Invitrogen--
胎牛血清Sigma--
青霉素/链霉素抗生素Sigma--
jetPRIME转染试剂Polyplus--
靶向G3BP1外显子1的siRNAAmbionn332329
靶向G3BP1外显子4的siRNAAmbion126650
靶向G3BP1外显子7的siRNAAmbion126651
对照siRNADharmacon--
C12FDGThermoFisherD2893
巴弗洛霉素A1Sigma-AldrichB1793-2UG
衰老细胞组织化学染色试剂盒SigmaCS0030
抗H3K9me3抗体Abcamab8898
抗磷酸化组蛋白H2A.X抗体Cell Signaling Technology5438
抗Ki-67抗体Abcamab16667
抗p65抗体Abcamab16502
抗cGAS抗体Thermo Fisher Scientific14-5158-82
抗G3BP1抗体Homemade--
抗微管蛋白抗体Developmental Studies Hybridoma Bank--
抗核纤层蛋白B1抗体Abcamab16048
抗RB抗体Abcamab181616
抗磷酸化RB抗体Cell Signaling Technology8516
抗p53抗体MilliporeOP43-100UG
抗磷酸化p53抗体Cell Signaling Technology9284
抗p21抗体Abcamab7960
抗p16抗体Abcamab108349
抗STAT3抗体Cell Signaling Technology9139
抗磷酸化STAT3抗体Cell Signaling Technology9145
抗IκBα抗体Cell Signaling Technology4814
抗磷酸化IκBα抗体Abcamab92700
抗IRF3抗体Cell Signaling Technology11904
抗磷酸化IRF3抗体Cell Signaling Technology4947
TRIzol试剂Invitrogen--
iScript cDNA合成试剂盒Bio-rad1708891
SsoFast EvaGreen预混液Bio-rad172-5203
哺乳动物环二核苷酸cGAMPInvivogentlrl-nacga23
表没食子儿茶素没食子酸酯SigmaE4143
Transwell渗透性支持膜Costar3412
CellBrite™ NIR790细胞质膜染料Biotium30079
Q-Lumi活体成像系统MediLumine--
RPMI培养基Wisent350-000-EL

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
衰老诱导与G3BP1敲低
细胞系(WI-38、IMR-90)、衰老诱导方式(电离辐射10 Gy或HRASG12V过表达)、siRNA靶向外显子(4和7)、检测时间(照射后8天)
阅读提示:Methods中Cell culture和siRNA小节,Figure 1及Supplementary Fig. 1-4
SASP因子检测
条件培养基收集时间、qPCR引物序列、多重蛋白分析试剂盒来源(Millipore)、检测指标
阅读提示:Methods中Real-time PCR和Multiplex protein analyses小节,Figure 3和5
cGAS-IFN通路验证
cGAMP浓度(1 μg/mL)和处理时间(24 h)、EGCG浓度(10、20、40 μM)、免疫荧光抗体稀释比例
阅读提示:Methods中Cyclic GMP-AMP supplementation和Epigallocatechin gallate treatment小节,Figure 4和5
体外肿瘤细胞生长与迁移
共培养体系(Transwell支持膜,Costar Cat# 3412)、A549接种数量(50,000细胞/孔)、检测时间(每24 h计数,划痕后24 h)
阅读提示:Methods中Transwell cancer growth experiments和Transwell in vitro scratch experiments小节,Figure 6
体内肿瘤生长实验
小鼠品系(NSG)、细胞接种数量(A549 2.5×10^5,WI-38 5×10^5)、注射体积(50 μL RPMI)、监测频率(每周两次)和终点(第28-32天)
阅读提示:Methods中In vivo tumor growth assay小节,Figure 7