MiR-31通过抑制Wnt信号拮抗剂促进乳腺干细胞扩增和乳腺肿瘤发生

MiR-31 promotes mammary stem cell expansion and breast tumorigenesis by suppressing Wnt signaling antagonists.

作者信息Cong Lv, Fengyin Li, Xiang Li, Yuhua Tian, Yue Zhang, Xiaole Sheng, Yongli Song, Qingyong Meng, Shukai Yuan, Liming Luan, Thomas Andl, Xu Feng, Baowei Jiao, Mingang Xu, Maksim V Plikus, Xing Dai, Christopher Lengner, Wei Cui, Fazheng Ren, Jianwei Shuai, Sarah E Millar, Zhengquan Yu
PMID29051494
发布时间2017-10-19
DOI10.1038/s41467-017-01059-5

实验完整度

高

使用miR-31过表达和敲除小鼠模型、MMTV-PyVT肿瘤模型、乳腺干细胞移植、体外细胞实验及TCGA数据,包含功能与机制验证。

主要模型

K5-rtTA/TRE-miR31双转基因小鼠(乳腺基底上皮细胞诱导性过表达miR-31) miR-31全身敲除小鼠及K14-Cre;miR-31fl/fl条件敲除小鼠 MMTV-PyVT乳腺肿瘤模型及PyVT/miR-31KO小鼠 HC11小鼠乳腺上皮细胞和MCF7、BT549人乳腺癌细胞

重点核对

DTG小鼠在1周龄起通过含Dox饮水诱导miR-31表达,12周龄分析乳腺表型 miR-31 KO小鼠在6周龄和10周龄分析乳腺发育和肺泡分化 PyVT和PyVT/KO小鼠在12、16、20周龄比较肿瘤面积、体积和转移 CD24+CD29high MaSC细胞的极限稀释移植实验(100、500、1000个细胞) 荧光素酶报告基因实验检测miR-31对Dkk1、Axin1、Gsk3β、Prlr 3'-UTR的靶向作用

摘要

MicroRNA介导的转录后调控在干细胞自我更新和肿瘤发生中起关键作用。然而,特定microRNA在控制乳腺干细胞(MaSC)活性和乳腺癌形成中的体内功能仍知之甚少。本研究表明,miR-31在富含MaSC的乳腺基底细胞群和乳腺肿瘤中高表达,并受NF-κB信号调控。我们证明,miR-31在体内以牺牲分化为代价促进乳腺上皮增殖和MaSC扩增。miR-31缺失会削弱乳腺肿瘤生长,减少癌症干细胞数量,并降低肿瘤起始能力和向肺转移的能力,支持其促癌功能。MiR-31调节多种信号通路,包括Prlr/Stat5、TGFβ和Wnt/β-catenin。特别是,它通过直接靶向Wnt拮抗剂(包括Dkk1)激活Wnt/β-catenin信号。重要的是,Dkk1过表达可部分挽救miR-31诱导的乳腺缺陷。总之,这些发现确定miR-31是MaSC活性和乳腺肿瘤发生的关键调控因子。

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
miR-31在乳腺干细胞活性和乳腺肿瘤发生中的体内功能及其分子机制是什么?
核心机制
miR-31通过直接靶向Wnt信号拮抗剂Dkk1、Axin1和Gsk3β激活Wnt/β-catenin信号,同时抑制TGFβ信号和Prlr/Stat5信号,从而促进MaSC自我更新和乳腺肿瘤发生。
主要证据
miR-31过表达导致乳腺增生和MaSC扩增,miR-31敲除导致MaSC减少、肺泡早熟分化及肿瘤生长和转移受损;Dkk1过表达部分挽救miR-31诱导的乳腺缺陷;荧光素酶和CLIP-PCR证实Dkk1等为直接靶标。
研究意义
首次在体内证明miR-31是MaSC活性和乳腺肿瘤发生的关键调控因子,提示miR-31可作为多种组织癌症的潜在治疗靶点。

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

miR-31表达模式及调控分析

确定miR-31在乳腺上皮各细胞群和肿瘤中的表达及其上游调控机制

分选Lin-CD24-CD29-、Lin-CD24-CD29+、Lin-CD24+CD29low和Lin-CD24+CD29high细胞群,qRT-PCR检测miR-31;原位杂交检测乳腺组织;在HC11细胞中敲低RANKL、使用荧光素酶报告和ChIP验证NF-κB结合miR-31启动子;检测PyVT肿瘤中miR-31及NF-κB通路标志物。

2

miR-31过表达对乳腺发育的影响

研究miR-31过表达在体内对乳腺上皮增殖和分化的作用

构建K5-rtTA/TRE-miR31双转基因小鼠,1周龄起通过含Dox饮水诱导miR-31在基底上皮过表达,12周龄分析全组织染色、H&E、Ki67免疫荧光、K14/K18和K14/SMA双免疫荧光。

3

miR-31敲除对乳腺发育和肺泡分化的影响

研究miR-31缺失在体内对乳腺干细胞和肺泡分化的生理作用

构建miR-31全身敲除和K14-Cre;miR-31fl/fl条件敲除小鼠,分析6周和10周龄乳腺全组织染色、Ki67/Cyclin D1免疫染色、β-Casein、Gata-3、P-cadherin和p63表达;妊娠14.5天和哺乳期分析肺泡发育。

4

miR-31对乳腺干细胞自我更新的功能验证

验证miR-31对MaSC自我更新和乳腺再生能力的直接作用

流式细胞术检测CD24+CD29high细胞群和Lgr5-GFP+细胞;体外克隆形成实验连续传代6次;极限稀释移植实验将CD24+CD29high细胞移植到NOD-SCID小鼠 cleared fat pad。

5

miR-31在乳腺肿瘤发生中的作用

研究miR-31缺失对PyVT诱导的乳腺肿瘤生长、癌症干细胞和转移的影响

将miR-31 KO等位基因引入MMTV-PyVT小鼠,比较12、16、20周龄肿瘤面积和体积、Ki67增殖、Gata-3/ERα表达、K14/K8表达;流式检测CD24+CD90+癌症干细胞;极限稀释移植评估肿瘤起始能力;检测肺转移和EMT标志物。

6

miR-31调控Wnt和TGFβ信号的机制研究

确定miR-31对Wnt/β-catenin和TGFβ信号通路的影响及直接靶标

使用Axin2-LacZ报告小鼠检测Wnt活性;免疫组化和Western blot检测β-catenin、LBH、p-Smad2/3、p21;TOP/FOPflash和CAGA荧光素酶报告;预测并验证Axin1、Gsk3β、Dkk1、Smad3、Smad4的3'-UTR靶向;CLIP-PCR检测Ago2结合;Dkk1转基因挽救实验。

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
RPMI-1640培养基SigmaR8758
胎牛血清Hyclone--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
G418----
潮霉素----
多西环素----
胶原酶----
透明质酸酶----
中性蛋白酶----
DNase ISigma--
CD24-藻红蛋白-Cy7抗体BD560536
CD29-异硫氰酸荧光素抗体BD561796
CD45-别藻蓝蛋白抗体BD559864
小鼠CD31-别藻蓝蛋白抗体BD551262
小鼠TER-119-别藻蓝蛋白抗体BD557909
CD90.2-藻红蛋白抗体BD553005
可固定活力染料eFluor 450eBioscience65-0863-14
miR-31抑制剂Shanghai GenePharma Co., Ltd--
对照RNAShanghai GenePharma Co., Ltd--
重组人表皮生长因子Stem Cell Technologies--
重组人碱性成纤维细胞生长因子Stem Cell Technologies--
肝素Stem Cell Technologies--
青霉素Sigma--
链霉素Sigma--
胎牛血清Hyclone--
培养板插入式小室Millipore Cor.--
地塞米松----
胰岛素----
催乳素----
Dkk1抗体Abcamab61275
Axin1抗体Santa Cruzsc-14029
LBH抗体Santa Cruzsc-161791
β-catenin抗体Cell Signaling Technology8480
β-actin抗体Santa Cruzsc-1616
Gsk3β抗体Cell Signaling Technologyab32391
p-Smad2/3抗体Cell Signaling Technology8828
Smad4抗体Santa Cruzsc-7966
Rankl抗体Abcamab45039
p-p65抗体Cell Signaling Technology3033
p65抗体Cell Signaling Technology8242
GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
p-ikkα抗体Abcamab38515
p-AKT抗体Cell Signaling Technology9614
Gata3抗体Abcamab199428
Prlr抗体Santa Cruzsc-20992
Cyclin D1抗体Abcamab134175
c-Myc抗体Abcamab32072
p-Stat5抗体Cell Signaling Technology9359
β-Tubulin抗体Abcamab6046
β-酪蛋白抗体Santa Cruzsc-166530
ERα抗体Santa Cruzsc-542
K8抗体Abcamab59400
K14抗体Abcamab7800
ITGA2抗体Abcamab133557
ITGB1抗体Abcamab52971
p21抗体Abcamab109520
Smad3抗体Abcamab40854
P-cadherin抗体Santa Cruzsc-7893
K14抗体Abcamab7800
K18抗体Abcamab668
ERα抗体Santa Cruzsc-542
PR抗体Cell Signaling Technology--
Cyclin D1抗体Abcamab134175
c-Myc抗体Abcamab32072
Ki67抗体Thermo Fishersp6
β-catenin抗体Cell Signaling Technology8480
p-Stat5抗体Cell Signaling Technology9359
P-cadherin抗体Santa Cruzsc-7893
p63抗体Abcamab124762
β-酪蛋白抗体Santa Cruzsc-166530
GFP抗体Abcamab290
Rankl抗体Abcamab45039
SMA抗体SigmaA5228
K8抗体Abcamab59400
Gata3抗体Abcamab199428
Prlr抗体Santa Cruzsc-20992
Slug抗体Abcamab27568
Vimentin抗体Cell Signaling Technology5741
ITGA2抗体Abcamab133557
ITGB1抗体Abcamab52971
Dkk1抗体Abcamab61275
mirVana RNA分离试剂盒Ambion--
MMLV cDNA合成试剂盒Promega--
SYBR-green检测系统Roche--
TaqMan microRNA检测Applied Biosystems--
TSA plus荧光素系统PerkinElmer--
Dual-Glo荧光素酶报告基因检测Promega--
双荧光素酶报告基因检测系统试剂盒Promega--
Cell Counting Kit 8Dojindo--
碘化丙啶Sigma--
RNase AInvitrogen--
Triton X-100Sigma--
SimpleCHIP酶法ChIP试剂盒Cell Signaling Technology--
Sonics Vibra-Cell超声仪Sonics--
Protein A DynabeadsThermo Fisher100.02
山羊抗兔IgGJackson ImmunoResearch--
Ago2抗体----
Trizol试剂Invitrogen--

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
miR-31过表达小鼠模型
Dox诱导起始时间(1周龄)、Dox给药方式(饮水)、分析时间点(12周龄)及对照小鼠类型(WT、K5-rtTA、TRE-miR31)
阅读提示:Methods 'Mouse strains';Results 'MiR-31 induction causes hyperplasia';Fig. 2 legend
miR-31敲除小鼠模型
敲除策略(CRISPR/Cas9删除402 bp或条件性敲除第一外显子)、遗传背景(C57BL/6J)、分析时间点(6周和10周龄)
阅读提示:Methods 'Mouse strains';Results 'MiR-31 prevents precocious alveolar differentiation';Fig. 2 legend
乳腺干细胞移植实验
移植细胞数(100、500、1000)、受体小鼠品系(NOD-SCID)和周龄(3周龄)、检测时间(移植后6-8周)
阅读提示:Methods 'Cell sorting and transplantation assay';Fig. 4g legend
PyVT肿瘤模型
PyVT小鼠遗传背景(FVB)、miR-31 KO等位基因引入方式、肿瘤分析时间点(12、16、20周龄)及样本量
阅读提示:Methods 'Mouse strains';Results 'Loss of miR-31 results in compromised tumorigenesis';Fig. 5 legend
荧光素酶报告基因实验
使用的细胞系(HC11)、转染质粒量(4 μg或10 μg)、miR-31 mimics/inhibitor浓度及处理时间(24-36小时)
阅读提示:Methods 'Dual luciferase activity assays'和'TOP/FOP flash reporter assay'