SYNCRIP缺失释放APOBEC驱动的突变、肿瘤异质性及前列腺癌AR靶向治疗耐药

Loss of SYNCRIP unleashes APOBEC-driven mutagenesis, tumor heterogeneity, and AR-targeted therapy resistance in prostate cancer.

作者信息Xiaoling Li, Yunguan Wang, Su Deng, Guanghui Zhu, Choushi Wang, Nickolas A Johnson, Zeda Zhang, Carla Rodriguez Tirado, Yaru Xu, Lauren A Metang, Julisa Gonzalez, Atreyi Mukherji, Jianfeng Ye, Yuqiu Yang, Wei Peng, Yitao Tang, Mia Hofstad, Zhiqun Xie, Heewon Yoon, Liping Chen, Xihui Liu, Sujun Chen, Hong Zhu, Douglas Strand, Han Liang, Ganesh Raj, Housheng Hansen He, Joshua T Mendell, Bo Li, Tao Wang, Ping Mu
PMID37478850
发布时间2023-08-14
DOI10.1016/j.ccell.2023.06.010

实验完整度

高

细胞系基因敲除、小鼠移植瘤、患者来源外植体与类器官、WES与单细胞测序多层级证据,并含功能与机制验证

主要模型

LNCaP/AR细胞系 CWR22Pc与MDA-PCa-2b细胞系 SYNCRIP缺失SREX耐药细胞系 SCID小鼠移植瘤模型

重点核对

LNCaP/AR、CWR22Pc、MDA-PCa-2b中SYNCRIP敲低/敲除后恩杂鲁胺敏感性变化及全长SYNCRIP回补 去势SCID小鼠LNCaP/AR移植瘤中恩杂鲁胺10 mg/kg灌胃的肿瘤生长 SYNCRIP/APOBEC3B共免疫沉淀及结构域截短体互作验证 WES检测TCW基序C→T/G/A突变与APOBEC特征突变SBS2+SBS13 FRET脱氨酶活性和60基因CRISPR竞争筛选

摘要

Tumor mutational burden and heterogeneity has been suggested to fuel resistance to many targeted therapies. The cytosine deaminase APOBEC proteins have been implicated in the mutational signatures of more than 70% of human cancers. However, the mechanism underlying how cancer cells hijack the APOBEC mediated mutagenesis machinery to promote tumor heterogeneity, and thereby foster therapy resistance remains unclear. We identify SYNCRIP as an endogenous molecular brake which suppresses APOBEC-driven mutagenesis in prostate cancer (PCa). Overactivated APOBEC3B, in SYNCRIP-deficient PCa cells, is a key mutator, representing the molecular source of driver mutations in some frequently mutated genes in PCa, including FOXA1, EP300. Functional screening identifies eight crucial drivers for androgen receptor (AR)-targeted therapy resistance in PCa that are mutated by APOBEC3B: BRD7, CBX8, EP300, FOXA1, HDAC5, HSF4, STAT3, and AR. These results uncover a cell-intrinsic mechanism that unleashes APOBEC-driven mutagenesis, which plays a significant role in conferring AR-targeted therapy resistance in PCa.

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
癌细胞如何劫持APOBEC介导的突变机制促进肿瘤异质性并导致AR靶向治疗耐药,尚不明确。
核心机制
SYNCRIP作为APOBEC驱动的突变的 endogenous分子刹车,缺失后释放APOBEC3B脱氨酶活性,产生驱动突变并激活替代信号,导致AR非依赖耐药。
主要证据
SYNCRIP敲低/敲除细胞对恩杂鲁胺耐药且可被全长SYNCRIP回补;WES显示SYNCRIP缺失细胞APOBEC特征突变增加;FRET显示脱氨酶活性升高且APOBEC3B敲低可逆转;CRISPR筛选鉴定8个耐药驱动基因。
研究意义
提出靶向异常APOBEC3B活性作为预防或延缓耐药的潜在策略,并提示SYNCRIP可作为早期生物标志物。

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

SYNCRIP缺失与AR靶向治疗耐药表型

验证SYNCRIP缺失是否导致前列腺癌对恩杂鲁胺耐药

在LNCaP/AR、CWR22Pc、MDA-PCa-2b细胞中敲低/敲除SYNCRIP,检测恩杂鲁胺处理下细胞活力与增殖,并用全长SYNCRIP回补

2

体内验证SYNCRIP缺失促进耐药与肿瘤生长

在动物模型中验证SYNCRIP缺失对恩杂鲁胺疗效的影响

将转导sgNT或sgSYNCRIP的LNCaP/AR细胞皮下接种去势SCID小鼠,给予恩杂鲁胺或溶媒,测量肿瘤生长并进行H&E与IHC

3

APOBEC驱动的突变与脱氨酶活性检测

验证SYNCRIP缺失是否释放APOBEC驱动的DNA突变

对shNT与shSYN LNCaP/AR细胞进行WES,分析TCW基序C→T/G/A突变和SBS2+SBS13;构建单克隆SKSC/NTSC;用FRET法检测脱氨酶活性

4

SYNCRIP与APOBEC3B互作及功能必要性

确定关键APOBEC成员并解析SYNCRIP抑制APOBEC3B的结构基础

在HEK293T和LNCaP/AR中进行co-IP与GST pull-down,敲低各APOBEC后检测耐药,使用APOBEC3B抑制剂phloretin和icariside I,并构建截短体定位互作域

5

CRISPR功能筛选鉴定耐药驱动基因

鉴定SYNCRIP缺失肿瘤中携带APOBEC突变且驱动耐药的关键基因

整合WES突变频率与下游表达变化选出16个候选基因及44个下游基因,用CRISPR敲除60个基因,通过FACS竞争实验检测恩杂鲁胺耐药性变化

6

单细胞分析耐药克隆演化

解析APOBEC驱动突变与肿瘤异质性在耐药演化中的作用

对shNT与shSYN LNCaP/AR细胞在溶媒、急性恩杂鲁胺5天和长期恩杂鲁胺14天条件下进行scRNA-seq,计算ITH评分和拟时序轨迹

7

患者来源模型验证临床相关性

在患者来源外植体和类器官中验证APOBEC3B对耐药的驱动作用

用恩杂鲁胺处理PDE并检测APOBEC3B表达;在耐药PDO MSK-PCa3和MSK-PCa9中联合恩杂鲁胺与APOBEC3B抑制剂

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
兔抗SYNCRIP多克隆抗体Sigma-AldrichHPA041275
兔抗雄激素受体单克隆抗体(D6F11)Cell Signaling Technology5153S
兔抗APOBEC3B多克隆抗体(N端)Abcamab191695
恩杂鲁胺Selleck ChemicalsS1250
根皮素Sigma-aldrichP7912-25MG
淫羊藿次苷IMedChem ExpressHY-N1939
胎牛血清Sigma-AldrichF0926
活性炭处理胎牛血清Gibco12-676-029
TrypLE消化液Gibco12605-010
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher11668500
CellTiter-Glo发光细胞活力检测试剂盒Promega7570
抗FLAG M2磁珠Sigma-AldrichM8823
ImmPACT DAB过氧化物酶底物LSBioLS-J1075-120
单细胞凝胶电泳彗星实验试剂盒R&D Systems4250-050-K
DNeasy血液与组织DNA提取试剂盒Qiagen69506

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
SYNCRIP缺失细胞耐药表型
细胞系(LNCaP/AR、CWR22Pc、MDA-PCa-2b)及各自恩杂鲁胺浓度与处理时间
阅读提示:Figure 1F–1I图注及Cell proliferation assay方法
体内移植瘤实验
细胞接种数量、小鼠品系与周龄、去势时间、恩杂鲁胺10 mg/kg给药方式
阅读提示:Xenograft tumor formation experiments方法及Figure 1J图注
APOBEC突变与脱氨酶活性检测
WES分析中TCW基序与SBS2+SBS13定义、FRET底物与孵育条件
阅读提示:Exome-seq与FRET-based deaminase activity assay方法及Figure 2D–2J图注
APOBEC3B抑制剂实验
phloretin 1 μM与icariside I 10 μM浓度、处理6天
阅读提示:Cell proliferation assay方法及Figure 3I图注
患者来源类器官实验
PDO培养基、恩杂鲁胺5 μM及抑制剂处理13天
阅读提示:Patient derived explant (PDE), patient derived organoids (PDO)方法及Figure 4L–4N图注