克服KRAS下游双重先天免疫和MEK抑制的耐药性

Overcoming Resistance to Dual Innate Immune and MEK Inhibition Downstream of KRAS.

作者信息Shunsuke Kitajima, Hajime Asahina, Ting Chen, Sujuan Guo, Laura Gutierrez Quiceno, Jillian D Cavanaugh, Ashley A Merlino, Shoichiro Tange, Hideki Terai, Jong Wook Kim, Xiaoen Wang, Shan Zhou, Man Xu, Stephen Wang, Zehua Zhu, Tran C Thai, Chiaki Takahashi, Yujin Wang, Richard Neve, Susanna Stinson, Pablo Tamayo, Hideo Watanabe, Paul T Kirschmeier, Kwok-Kin Wong, David A Barbie
PMID30205046
发布时间2018-09-10
DOI10.1016/j.ccell.2018.08.009

实验完整度

高

包含体外细胞系、GEMMs和PDX模型,进行了功能验证(基因敲低/过表达、药物处理)和机制验证(RNA-seq、ChIP-seq、免疫印迹等)。

主要模型

人NSCLC细胞系(KL、KLP、KP亚型) LSL-KrasG12D;Lkb1f/f(KL)GEMM LSL-KrasG12D;Trp53f/f(KP)GEMM KL患者来源异种移植(PDX)模型DFCI-366

重点核对

细胞系亚型:KL(A549、H1944)、KLP(HCC44、H23、H2122、H2030)、KP(H2009、H441、H358) 药物浓度:momelotinib 2.5 μM或5 μM、trametinib 10 nM、selumetinib 1 μM、JQ1 200 nM或500 nM,处理72-96小时 动物给药剂量:momelotinib 10 mg/kg每日口服,trametinib 2 mg/kg每日口服,linsitinib 7.5 mg/kg每日口服,JQ1 50 mg/kg每两天腹腔注射 PDX模型治疗:compound 1 40 mg/kg、trametinib 2 mg/kg、GS-626510 10 mg/kg或40 mg/kg口服 检测终点:细胞活力(CellTiter-Glo)、肿瘤体积(MRI或卡尺)、蛋白磷酸化(免疫印迹)、基因表达(qRT-PCR)

摘要

尽管付出了大量努力,致癌KRAS仍然对靶向治疗具有耐药性。在KRAS驱动的基因工程小鼠模型(GEMMs)中,联合下游RAL-TBK1和MEK抑制仅能诱导短暂的肺肿瘤缩小。利用敏感的KRAS;LKB1(KL)突变背景,我们鉴定出YAP1上调和治疗诱导的分泌组作为获得性耐药的介质。该程序是可逆的,与H3K27启动子乙酰化相关,并被BET抑制所抑制,从而使耐药的KL细胞对TBK1/MEK抑制重新敏感。组成性YAP1信号传导促进KRAS;TP53(KP)突变肺癌的内在耐药性。因此,使用BET抑制剂JQ1的间歇性治疗克服了KL和KP GEMMs中对联合通路抑制的耐药性。使用强效和选择性的TBK1和BET抑制剂,我们进一步开发了一种有效的治疗策略,具有潜在的临床转化价值。

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KRAS驱动的非小细胞肺癌中,联合抑制下游先天免疫(TBK1/JAK)和MEK信号能否产生持久疗效,以及哪些途径介导耐药?
核心机制
YAP1上调和治疗诱导的分泌组(包括IGF1)介导对TBK1/MEK抑制的获得性耐药;KP细胞中基线YAP1升高介导内在耐药;BET抑制可抑制YAP1和分泌组,从而克服耐药。
主要证据
在KL和KP细胞系中验证YAP1和IGF1的作用;在KL和KP GEMMs中,间歇性BET抑制剂JQ1联合TBK1/MEK抑制实现持久肿瘤退缩;在KL PDX模型中,优化抑制剂组合(compound 1、trametinib、GS-626510)显示持续疗效。
研究意义
提出间歇性BET抑制联合TBK1和MEK抑制的策略,可克服KRAS突变肺癌对下游通路治疗的耐药,具有临床转化潜力。

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

确定LKB1状态与先天免疫信号及momelotinib敏感性的关系

验证LKB1缺失是否导致KRAS突变NSCLC细胞对momelotinib敏感并依赖IL-6等细胞因子。

在KL、KLP和KP细胞系中检测基线IL-6分泌和对momelotinib的敏感性;通过LKB1再表达或敲除验证因果关系;在KL和KP GEMMs中比较momelotinib联合trametinib的疗效。

2

鉴定获得性耐药中IGF1/IGF1R旁路激活

探索KL细胞对momelotinib/MEK抑制产生获得性耐药的机制。

使用磷酸化RTK阵列发现IGF1R激活;在长期药物处理建立的耐药细胞(MSR-A549)中验证IGF1上调;检测IGF1R抑制剂linsitinib对耐药细胞的增敏作用;在KL GEMMs中测试三联疗法。

3

发现YAP1激活介导获得性耐药且独立于IGF1R

寻找除IGF1/IGF1R外的其他耐药途径。

对MSR-A549进行RNA-seq,发现YAP1靶基因上调;验证YAP1敲低对耐药细胞生长的抑制;测试YAP1持续激活对药物敏感性的影响。

4

揭示BET抑制剂通过抑制转录适应克服耐药

验证BET抑制能否逆转YAP1和IGF1等介导的耐药。

使用JQ1处理MSR-A549和亲本细胞,检测IGF1和YAP1靶基因表达;测试JQ1与momelotinib联合对细胞生长的抑制;在KL和KP GEMMs中测试间歇性JQ1联合疗法。

5

在KL PDX模型中优化抑制剂组合方案

使用更有效的TBK1和BET抑制剂设计可临床转化的方案。

在DFCI-366 PDX模型中测试compound 1、trametinib和GS-626510的组合;进行药代/药效研究确定GS-626510剂量;测试交替双药方案。

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
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific11965-118
RPMI 1640培养基Thermo Fisher Scientific11875-119
胎牛血清Gemini Bio-products100-106
青霉素-链霉素Gemini Bio-products400-109
莫美替尼Shanghai Haoyuan Chemexpress Co. Ltd.HY-10961
曲美替尼Selleck chemicalsS2673
司美替尼Selleck chemicalsS1008
布帕利塞布ChemietekCT-BKM120
芦可替尼Selleck chemicalsS1378
林西替尼Selleck chemicalsS1091
JQ1--1268524-70-4
重组人IGF1R&D systems291-G1-200
化合物1Gilead Sciences--
GS-626510Gilead Sciences--
人IL-6 Quantikine ELISA试剂盒R&D systemsD6050
人IGF1 Quantikine ELISA试剂盒R&D systemsDG100
人磷酸化RTK阵列试剂盒R&D systemsARY001B
CellTiter-Glo发光细胞活力检测试剂盒PromegaG7572
高灵敏度DNA试剂盒Agilent Technologies5067-4626
Qubit dsDNA HS检测试剂盒Thermo Fisher ScientificQ32851
兔单克隆抗cleaved PARP抗体Cell signaling technology5625S
鼠单克隆抗β-actin抗体Cell signaling technology3700S
兔单克隆抗LKB1抗体Cell signaling technology3047S
兔单克隆抗磷酸化IGF1R β (Tyr1135)抗体Cell signaling technology3918S
兔单克隆抗IGF1R β抗体Cell signaling technology9750
兔单克隆抗IGF1抗体Abcamab9572
兔单克隆抗磷酸化IRS1 (Ser307)抗体Cell signaling technology2381S
兔单克隆抗IRS1抗体Cell signaling technology3407S
兔单克隆抗磷酸化S6K (Thr389)抗体Cell signaling technology9205S
兔单克隆抗S6K抗体Cell signaling technology2708S
兔单克隆抗YAP1/TAZ抗体Cell signaling technology8418S
兔单克隆抗YAP1抗体Cell signaling technology14074S
兔单克隆抗磷酸化AKT (Ser473)抗体Cell signaling technology4060S
兔多克隆抗AKT抗体Cell signaling technology9272S
兔单克隆抗磷酸化STAT3 (Tyr705)抗体Cell signaling technology9145S
兔单克隆抗STAT3抗体Cell signaling technology4904S
兔多克隆抗磷酸化Erk1/2 (Thr202/Tyr204)抗体Cell signaling technology9101S
兔多克隆抗Erk1/2抗体Cell signaling technology9102S
兔多克隆抗组蛋白H3 (乙酰化K27) ChIP级抗体Abcamab4729
ChromPure兔IgG全分子(ChIP对照IgG)Jackson ImmunoResearch011-000-003
Alexa Fluor 555标记的山羊抗兔IgGThermo Fisher ScientificA-21429
含DAPI的Prolong Gold抗淬灭封片剂Thermo Fisher ScientificP-36935
人IGF1 Taqman探针 (Hs01547656_m1)Thermo Fisher Scientific4331182
人YAP1 Taqman探针 (Hs00902712_g1)Thermo Fisher Scientific4331182
小鼠Ccr2 Taqman探针 (Mm99999051_gH)Thermo Fisher Scientific4331182

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
细胞系鉴定与培养
细胞系亚型(KL、KLP、KP)及其遗传背景;培养基和血清批次;细胞传代次数;支原体检测
阅读提示:STAR Methods中Cell Lines部分
药物处理与细胞活力检测
药物浓度(如momelotinib 2.5 μM、trametinib 10 nM、JQ1 200 nM);处理时间(72或96小时);检测方法(CellTiter-Glo)
阅读提示:Figure legends和图1、2、4、5、6中的处理条件;STAR Methods中Cell Viability Assay
动物实验与给药
小鼠基因型(LSL-KrasG12D;Lkb1f/f或LSL-KrasG12D;Trp53f/f);腺病毒Cre诱导;给药剂量(momelotinib 10 mg/kg、trametinib 2 mg/kg、linsitinib 7.5 mg/kg、JQ1 50 mg/kg);给药途径和频率;肿瘤体积测量方法(MRI)
阅读提示:STAR Methods中Animal Studies;图1G-H、2K-L、6C-F
PDX模型实验
PDX模型DFCI-366的建立和传代;肿瘤植入方法;分组和样本量(n=8-10);药物剂量(compound 1 40 mg/kg、trametinib 2 mg/kg、GS-626510 10或40 mg/kg);给药方案
阅读提示:STAR Methods中Patient-Derived Xenograft Model和Animal Studies;图7
ChIP-seq和RNA-seq数据分析
数据分析流程和阈值(如MACS p<1e-5、MAnorm p<1e-25、差异表达基因筛选标准);使用的参考基因组(hg19)
阅读提示:STAR Methods中Data Analysis