Bcl-2抑制与p53激活在AML中的合成致死效应:机制与优越的抗白血病疗效

Synthetic Lethality of Combined Bcl-2 Inhibition and p53 Activation in AML: Mechanisms and Superior Antileukemic Efficacy.

作者信息Rongqing Pan, Vivian Ruvolo, Hong Mu, Joel D Leverson, Gwen Nichols, John C Reed, Marina Konopleva, Michael Andreeff
PMID29232553
发布时间2017-12-11
DOI10.1016/j.ccell.2017.11.003

实验完整度

高

包含体外细胞系、患者原代样本及三种小鼠模型,并通过基因敲低/过表达和突变体进行功能与机制验证。

主要模型

p53野生型AML细胞系MV-4-11、MOLM-13和OCI-AML3 ABT耐药细胞系MOLM-13-R和MV-4-11-R p53野生型AML患者原代样本 NSG小鼠AML异种移植模型(包括PDX模型)

重点核对

细胞系及原代样本的p53状态(野生型、缺失或突变) ABT耐药细胞系的建立及Mcl-1表达水平 体内实验的给药剂量(ABT和RG均为100 mg/kg,每日口服灌胃)及分组(n=10/组) 联合用药的比例(如ABT:RG为1:1或3:1)及处理时间(48小时或24小时) 关键机制验证中使用的抑制剂浓度(如PD0325901 100 nM,CHIR-99021 1 μM)

摘要

逃避凋亡是癌症的标志。Bcl-2和p53代表凋亡信号通路中的两个重要节点。我们发现,同时激活p53和抑制Bcl-2可克服凋亡抵抗,并显著延长三种耐药急性髓系白血病(AML)小鼠模型的生存期。机制上,p53激活负调控Ras/Raf/MEK/ERK通路并激活GSK3,以调节Mcl-1磷酸化并促进其降解,从而克服AML对Bcl-2抑制的耐药性。此外,Bcl-2抑制通过将细胞应答从G1期阻滞转向凋亡,反过来克服对p53激活的凋亡抵抗。该疗效与机制发现共同揭示了同时靶向这两个凋亡调节因子的潜力,并为该治疗策略的临床试验提供了合理依据。

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
p53激活与Bcl-2抑制能否相互克服对单一治疗的凋亡抵抗,并阐明其机制。
核心机制
p53激活负调控Ras/Raf/MEK/ERK通路并激活GSK3,促进Mcl-1磷酸化、泛素化及降解;同时Bcl-2抑制降低凋亡阈值,将p53激活诱导的G1期阻滞转变为凋亡。
主要证据
在p53野生型AML细胞系、ABT耐药细胞系、患者原代样本及三种小鼠AML模型中,联合使用MDM2抑制剂RG7388和Bcl-2抑制剂ABT-199显著诱导凋亡、减少白血病负荷并延长生存期;通过基因敲低/过表达和磷酸化位点突变验证了Mcl-1降解机制。
研究意义
揭示了同时靶向Bcl-2和p53的合成致死策略,为临床试验评估该联合疗法提供了临床前依据。

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

验证RG7388通过p53依赖性方式诱导凋亡

确认MDM2抑制剂RG7388激活p53并诱导凋亡是否依赖野生型p53。

在p53野生型(MV-4-11、OCI-AML3、MOLM-13)、p53缺失(HL-60)和p53突变(KG1、THP1)AML细胞系中,用RG7388处理,通过Annexin V/PI流式检测凋亡,免疫印迹检测p53和MDM2;并用shRNA敲低p53验证。

2

建立ABT耐药细胞模型并验证Mcl-1的作用

获得对Bcl-2抑制剂ABT-199耐药的AML细胞,并探究Mcl-1在耐药中的作用。

将MOLM-13和MV-4-11细胞在递增浓度ABT-199中长期培养,获得耐药细胞(MOLM-13-R、MV-4-11-R);检测耐药细胞的Mcl-1表达;并通过过表达Mcl-1在亲本细胞中验证其耐药作用。

3

验证RG7388联合ABT-199在耐药细胞中的协同作用

测试p53激活能否克服对Bcl-2抑制的耐药性。

在ABT耐药细胞(MOLM-13-R、MV-4-11-R、OCI-AML3)及Mcl-1过表达细胞中,用RG7388、ABT-199或联合处理,检测凋亡和活细胞数,计算联合指数(CI)。

4

体内验证联合治疗的疗效

在动物模型中验证联合治疗能否克服耐药并延长生存。

将荧光素酶标记的耐药细胞(MOLM-13-R、OCI-AML3)或患者原代细胞注射入NSG小鼠,待植入后随机分组,分别给予溶剂、ABT-199、RG7388或联合治疗,监测生物发光、组织病理和生存期。

5

探究p53激活下调Mcl-1的机制

阐明p53激活克服Mcl-1介导耐药的分子机制。

用RG7388处理OCI-AML3细胞,检测Mcl-1 mRNA和蛋白水平、磷酸化状态、泛素化;通过基因敲低/过表达ERK、GSK3及Mcl-1突变体(T163A、S159A)验证磷酸化位点的作用;使用MEK抑制剂(PD0325901、曲美替尼、比美替尼)、GSK3抑制剂(CHIR-99021、BIO-乙酰肟)和蛋白酶体抑制剂(硼替佐米、伊沙佐米)进行通路验证。

6

验证Bcl-2抑制逆转p53激活引起的G1期阻滞

检验Bcl-2抑制能否将p53激活的细胞应答从G1期阻滞转向凋亡。

在OCI-AML3等细胞中,用RG7388、ABT-199或联合处理,通过流式同时检测凋亡(Annexin V+)和活细胞细胞周期(EdU/PI),并检测caspase-3、caspase-9和PARP-1切割。

7

在原代AML样本和PDX模型中验证联合效果

在患者来源样本中验证联合治疗的协同作用。

对p53野生型原代AML样本进行RG7388、ABT-199或联合处理,检测凋亡;并将一例耐药患者样本植入NSG小鼠,进行体内联合治疗实验。

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
RG7388(伊达努林)Roche/Genentech--
ABT-199(维奈克拉)AbbVie--
A-1210477AbbVie--
Annexin V-FITC偶联物BD Biosciences556419
Annexin V-APC偶联物BD Biosciences550474
Annexin V-Alexa Fluor 488偶联物Thermo FisherA13201
D-荧光素萤火虫钾盐Gold Biotechnology115144-35-9
蛋白酶/磷酸酶抑制剂混合物(100X)Cell signaling5872
PD0325901SelleckchemS1036
曲美替尼SelleckchemS2673
比美替尼SelleckchemS7007
CHIR-99021SelleckchemS1263
硼替佐米SelleckchemS1013
伊沙佐米SelleckchemS2180
BIO-乙酰肟SelleckchemS7915
MK-2206 2HClSelleckchemS1078
CountBright绝对计数微球Thermo Fisher ScientificC36950
RPMI-1640培养基----
胎牛血清----
FxCycle PI/RNase染色液Thermo FisherF10797
Click-iT EdU Alexa Fluor 647成像试剂盒Thermo FisherC10340
Q5定点突变试剂盒New England BioLabsE0554S
Q5热启动高保真2X预混液New England BioLabsM0494S
jetPRIME通用转染试剂Polyplus114-15
Accell siRNA递送培养基DharmaconB-005000-500
QIAprep离心小量质粒提取试剂盒QIAGEN27104
Wizard SV凝胶和PCR纯化系统PromegaA9281
小鼠单克隆抗p53抗体(克隆DO-1)Santa Cruz Biotechnologysc-126
小鼠单克隆抗MDM2抗体(克隆D-12)Santa Cruz Biotechnologysc-5304
小鼠单克隆抗Bcl-2抗体(克隆C-2)Santa Cruz Biotechnologysc-7382
兔多克隆抗Mcl-1抗体(克隆S-19)Santa Cruz Biotechnologysc-819
兔多克隆抗Puma抗体(克隆H-136)Santa Cruz Biotechnologysc-28226
小鼠单克隆抗ERK抗体(克隆D-2)Santa Cruz Biotechnologysc-1647
小鼠单克隆抗N-Ras抗体(克隆F-155)Santa Cruz Biotechnologysc-31
小鼠单克隆抗GSK3抗体(克隆0011-A)Santa Cruz Biotechnologysc-7291
兔多克隆抗PARP-1抗体Cell Signaling Technology9542
兔多克隆抗Bim抗体Cell Signaling Technology2819
兔单克隆抗Bak抗体(克隆D4E4)Cell Signaling Technology12105
兔单克隆抗切割caspase-3抗体(D175)(克隆5A1E)Cell Signaling Technology9664
小鼠单克隆抗caspase-9抗体(克隆C9)Cell Signaling Technology9508
兔单克隆抗pMcl-1 (T163)抗体(克隆D5M9D)Cell Signaling Technology14765
兔单克隆抗B-Raf抗体(克隆55C6)Cell Signaling Technology9433
兔多克隆抗pB-Raf (S445)抗体Cell Signaling Technology2696
兔多克隆抗JNK抗体Cell Signaling Technology9252
小鼠单克隆抗pJNK (T183Y185)抗体(克隆G9)Cell Signaling Technology9255
兔多克隆抗泛素抗体Cell Signaling Technology3933
兔单克隆抗pERK (T202/Y204)抗体(克隆D13.14.4E)Cell Signaling Technology4370
兔多克隆抗pMEK (S217/S221)抗体Cell Signaling Technology9121
小鼠单克隆抗MEK抗体(克隆L38C12)Cell Signaling Technology4694
小鼠单克隆抗AKT抗体(克隆40D4)Cell Signaling Technology2920
兔多克隆抗pAKT (S473)抗体Cell Signaling Technology9271
兔单克隆抗pGSK3 (S21/S9)抗体(克隆D17D2)Cell Signaling Technology8566
小鼠单克隆抗Bax抗体(克隆2D2)Sigma-AldrichB8554
小鼠单克隆抗β-肌动蛋白抗体(克隆AC-74)Sigma-AldrichA2228
小鼠单克隆抗Noxa抗体(克隆114C307)Abcamab13654
兔多克隆抗pMcl-1 (S159)抗体Abcamab111574
小鼠单克隆抗p21WAF1抗体(克隆EA10)EMD MilliporeOP64
IRDye® 680RD驴抗兔IgG (H + L)Li-COR Biosciences925-68073
IRDye® 800CW驴抗小鼠IgG (H + L)Li-COR Biosciences925-32212
小鼠单克隆抗人CD45抗体(克隆PD7/26 + 2B11)DAKOM0701
小鼠单克隆抗人CD45-PE抗体(克隆HI30)BD Biosciences555483
大鼠单克隆抗小鼠CD45-APC抗体(克隆30-F11)BD Biosciences559864
Annexin V-FITC偶联物BD Biosciences556419
Annexin V-APC偶联物BD Biosciences550474
Annexin V-Alexa Fluor 488偶联物Thermo FisherA13201
Protein A/G plus琼脂糖珠Santa Cruz Biotechnologysc-2003
嘌呤霉素Invitrogen--
碘化丙啶Sigma-Aldrich--
聚凝胺Chemicon--

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
细胞系与p53状态验证
使用的AML细胞系及其p53状态(MV-4-11、MOLM-13、OCI-AML3为p53野生型;HL-60为p53缺失;KG1、THP1为p53突变)
阅读提示:Methods“Cell Lines”部分及Figure 1D
ABT耐药细胞系的建立
起始ABT浓度(各细胞系IC50)、传代频率(每2天)、耐药阈值(IC50增加30倍以上)
阅读提示:Methods“Generation of ABT-Resistant Cells”
体外药物联合处理
ABT与RG的联合比例(1:1或3:1)、处理时间(48小时或24小时)、检测方法(Annexin V/PI流式)
阅读提示:Figure legends 2C、2D、3C、3D及Methods“Apoptosis, Live Cell Number, and IC50 Values”
体内联合治疗实验
小鼠品系(NSG)、细胞接种量(文中未明确说明)、给药剂量(ABT 100 mg/kg,RG 100 mg/kg)、给药途径(口服灌胃)、分组大小(n=10/组,生存分析n=7)
阅读提示:Methods“Mice”及Figures 2E、3G、7C
机制验证中的抑制剂处理
PD0325901浓度(100 nM)、CHIR-99021浓度(1 μM)、BIO-乙酰肟浓度(1 μM)、处理时间(12或24小时)
阅读提示:Figure legends 5D、5H及Methods“Immunoblotting and Antibodies”
原代AML样本处理
样本来源(外周血或骨髓)、排除标准(自发凋亡率>30%)、处理时间(48小时)、DMSO终浓度(<0.1%)
阅读提示:Methods“Patient Samples”