SREBF1与核心转录因子之间的相互作用与协同调控鳞状细胞癌中的脂质代谢和促肿瘤通路

Interplay and cooperation between SREBF1 and master transcription factors regulate lipid metabolism and tumor-promoting pathways in squamous cancer.

作者信息Li-Yan Li, Qian Yang, Yan-Yi Jiang, Wei Yang, Yuan Jiang, Xiang Li, Masaharu Hazawa, Bo Zhou, Guo-Wei Huang, Xiu-E Xu, Sigal Gery, Ying Zhang, Ling-Wen Ding, Allen S Ho, Zachary S Zumsteg, Ming-Rong Wang, Melissa J Fullwood, Stephen J Freedland, Stephen J Meltzer, Li-Yan Xu, En-Min Li, H Phillip Koeffler, De-Chen Lin
PMID34272396
发布时间2021-07-16
DOI10.1038/s41467-021-24656-x

实验完整度

高

含TCGA/GEO队列GSEA、ESCC细胞系功能实验、ChIP-Seq/4C/CRISPRi机制验证、脂质组学及裸鼠移植瘤体内验证

主要模型

ESCC细胞系TE5、KYSE150、KYSE510等 TCGA及GEO的ESCC/HNSC/LUSC患者队列 裸鼠皮下移植瘤模型 食管鳞癌患者组织芯片(179例肿瘤及57例癌旁)

重点核对

TP63高低表达分组(前30% vs 后30%)及差异基因分析 TP63/SREBF1敲低或过表达对脂滴和脂肪酸合成酶的影响 Fatostatin处理浓度(0、3.25、6.5、13 μM)及脂质组学检测 裸鼠移植瘤shRNA敲低或Fatostatin 30 mg/kg/day腹腔注射21天 IHC队列的SREBF1/TP63/KLF5核质染色评分与生存分析

摘要

鳞状细胞癌(SCC)是常见的人类癌症组织学类型之一。SCC细胞的转录失调由肿瘤蛋白p63(TP63)——一种核心转录因子(TF)和已被广泛研究的SCC特异性癌基因——所编排。在本研究中,对SCC患者样本的基因集富集分析(GSEA)以及体外功能缺失实验均确立脂肪酸代谢为TP63下游的关键通路。进一步研究鉴定固醇调节元件结合转录因子1(SREBF1)为连接TP63与脂肪酸代谢的中心介导因子,其调控脂肪酸、鞘脂(SL)和甘油磷脂(GPL)的生物合成,这由基于液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)的脂质组学所揭示。此外,研究鉴定了一个由SREBF1/TP63/Kruppel样因子5(KLF5)组成的反馈共调控环路,其促进三种TFs在SCC中的过表达。在SREBF1下游,研究阐明了一种非经典、SCC特异性的功能:SREBF1与TP63/KLF5协同调控SCC表观基因组中数百个顺式调控元件,这些元件共同汇聚于激活促癌通路。事实上,SREBF1对SCC的活力和迁移至关重要,其过表达与SCC患者的不良生存相关。综上,这些数据揭示了癌症中转录失调的机制,鉴定了脂质代谢的特定表观遗传调控因子,并发现SREBF1作为SCC的潜在治疗靶点和预后标志物。

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
在鳞状细胞癌中,TP63如何调控脂肪酸代谢,SREBF1在其中扮演何种角色及其表观遗传调控机制是什么。
核心机制
SREBF1与TP63/KLF5形成反馈共调控环路,三者相互激活转录;SREBF1直接调控脂肪酸、鞘脂和甘油磷脂合成酶,并与TP63/KLF5协同占据SCC特异性顺式调控元件激活ErbB/mTOR等促癌通路。
主要证据
TCGA/GEO队列GSEA显示脂肪酸代谢富集于TP63高表达SCC;ESCC细胞中敲低TP63下调SREBF1及脂滴,SREBF1回补可逆转;ChIP-Seq、4C、CRISPRi和荧光素酶报告基因验证超级增强子调控;LC-MS/MS脂质组学显示Fatostatin改变脂质谱;移植瘤实验显示靶向SREBF1抑制肿瘤生长。
研究意义
揭示癌症转录失调机制,鉴定脂质代谢的表观遗传调控因子,并提出SREBF1作为SCC潜在治疗靶点和预后标志物。

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

患者样本GSEA鉴定TP63下游通路

在体内无偏倚地寻找TP63调控的 signaling pathways

对TCGA中ESCC(n=81)、HNSC(n=436)和LUSC(n=501)RNA-Seq数据按TP63表达高低分组后进行GSEA,并在GSE53624等独立队列验证。

2

TP63敲低体外功能验证

验证TP63对脂肪酸代谢的调控

在ESCC细胞中沉默TP63,进行RNA-Seq GSEA,检测脂滴含量及脂肪酸代谢调节因子mRNA水平。

3

SREBF1介导作用的验证

确定SREBF1是否介导TP63对脂肪酸代谢的效应

敲低TP63后检测SREBF1表达,过表达SREBF1回补脂滴和脂肪酸合成酶表达,敲低SREBF1逆转TP63过表达效应。

4

SREBF1超级增强子及反馈环路解析

阐明TP63/KLF5调控SREBF1转录的机制及三者相互关系

4C-seq、ChIP-Seq、荧光素酶报告基因、定点突变和CRISPRi鉴定SREBF1超级增强子元件,并检测SREBF1对TP63/KLF5的调控。

5

SREBF1脂质代谢功能及脂质组学

确定SREBF1对脂肪酸、鞘脂和甘油磷脂合成的影响

敲低或Fatostatin抑制SREBF1后检测合成酶表达,LC-MS/MS脂质组学分析KYSE510细胞脂质谱,整合RNA-Seq和ChIP-Seq。

6

SREBF1的体内外生物学功能验证

评估SREBF1对SCC细胞增殖、迁移和体内成瘤的影响

集落形成、Trans-well迁移、划痕愈合实验,以及裸鼠移植瘤shRNA敲低和Fatostatin治疗实验。

7

SREBF1全基因组占据及SCC特异性功能

解析SREBF1在SCC中的细胞类型特异性结合及协同调控

比较ESCC、HepG2和MCF7的SREBF1 ChIP-Seq,基序分析,分析ESCC特异性峰的三因子共占据及RNA-Seq变化,KEGG通路分析。

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
RPMI-1640培养基----
胎牛血清Omega Scientific--
RNeasy小型试剂盒QIAGEN70106
Maxima H Minus cDNA合成预混液(含dsDNase)Thermo ScientificM1682
PowerUp SYBR Green预混液Thermo ScientificA25918
抗SREBF1抗体Proteintech14088-1-AP
抗KLF5抗体Santa Cruz Biotechnologysc-398409X
抗TP63抗体R&D SystemsAF1916-SP
抗Actin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-8432
抗ACLY抗体Cell Signaling Technology4332
抗FASN抗体Cell Signaling Technology3180
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
抗mTOR抗体Cell Signaling Technology2972S
抗磷酸化mTOR (S2448)抗体Cell Signaling Technology5536T
抗磷酸化MEK1 (Ser298)抗体Cell Signaling Technology9128S
抗MEK1/2 (D1A5)兔抗体Cell Signaling Technology9124S
抗p70 S6激酶抗体Cell Signaling Technology9202S
抗磷酸化p70 S6激酶抗体Cell Signaling Technology9205S
抗小鼠IgG-HRPJackson ImmunoResearch Laboratories, Inc.115-035-003
抗兔IgG-HRPJackson ImmunoResearch Laboratories, Inc.111-035-144
抗山羊IgG-HRPJackson ImmunoResearch Laboratories, Inc.705-035-003
HCS LipidTOX绿色中性脂质染料Thermo ScientificH34475
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Thermo Scientific13778150
FatostatinCayman Chemical12562
Laemmli上样缓冲液Bio-Rad161-0737
Bio-Rad蛋白定量试剂盒Bio-Rad--
Dynabeads Protein G磁珠Thermo Scientific10004D
HindIII限制性内切酶NEB--
T4 DNA连接酶Thermo-Fisher Scientific--
DpnII限制性内切酶NEB--
pGL3荧光素酶报告载体PromegaE1761
双荧光素酶报告基因检测系统PromegaE1960
BioT转染试剂BiolandB01-01
pLV hU6-sgRNA hUbC-dCas9-KRAB-T2a-puro载体Addgene71236
Ultimate 3000 XRS液相色谱系统Thermo Scientific--
Orbitrap Fusion Lumos质谱仪Thermo Scientific--
Accucore Vanquish C18色谱柱----
LipidSearch软件Thermo Scientific--
PV-9000聚合物检测系统ZSGB-BIO--
抗SREBF1抗体Proteintech14088-1-AP
抗TP63抗体Proteintech60332-1
抗KLF5抗体Santa Cruz Biotechnologysc-398409X
Trans-well小室(8.0 µm聚碳酸酯膜)COSTAR3422

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
GSEA与差异表达分析
TP63高/低分组阈值为前30%和后30%;DEG标准|Log2FC|>2、q<0.05
阅读提示:Methods-GSEA and KEGG pathway analysis及Fig. 1a图注
细胞系与培养
ESCC细胞系来源(TE5、KYSE150、KYSE510等)及RPMI-1640+10% FBS培养条件
阅读提示:Methods-Human cancer cell lines
siRNA敲低实验
siRNA转染浓度30 nM、48小时后提取RNA;重复数n=3
阅读提示:Fig. 7c图注及Methods相关部分
Fatostatin处理与脂质组学
Fatostatin浓度0、3.25、6.5、13 μM;脂质组学三次重复;差异标准|Log2FC|>2、q<0.1
阅读提示:Fig. 4b、4d图注及Methods-LC-MS/MS-based lipidomics
裸鼠移植瘤实验
5周龄雄性裸鼠,1×10^6细胞皮下注射;Fatostatin 30 mg/kg/day腹腔注射14天;每组n=8
阅读提示:Methods-Xenograft assays in nude mice及Fig. 5i-j图注
IHC与生存分析
179例ESCC肿瘤和57例癌旁组织;SREBF1/TP63/KLF5抗体稀释比;IHC评分0–300;Log-rank检验
阅读提示:Methods-Immunohistochemistry及Fig. 5a-c图注
ChIP-Seq与4C-seq
TE5/KYSE150细胞;ChIP用5 μg SREBF1或KLF5抗体;4C viewpoint chr17:17738740-17740085 (hg19)
阅读提示:Methods-Chromatin immunoprecipitation及4C-seq assay