PRMT5通过甲基化KEAP1并抑制铁死亡降低三阴性乳腺癌免疫治疗效果

PRMT5 reduces immunotherapy efficacy in triple-negative breast cancer by methylating KEAP1 and inhibiting ferroptosis

作者信息Zhe Wang, Ruolei Li, Niuniu Hou, Juliang Zhang, Ting Wang, Pengyu Fan, Cheng Ji, Bo Zhang, Liuyin Liu, Yaping Wang, Jing Kong, Qing Yao, Jie Duan, Ge Zhao, Rui Ling, Jian Zhang
PMID37380368
发布时间2023-06
DOI10.1136/jitc-2023-006890

实验完整度

包含体外细胞功能实验、机制研究(co-IP、质谱、突变体)、体内小鼠模型及患者样本验证,涵盖多层级证据。

主要模型

TNBC细胞系(MDA-MB-231、HCC1937、BT549、MDA-MB-436) 非TNBC细胞系(T-47D、MCF7、SKBR3、AU565) 4T1小鼠同系移植瘤模型 接受免疫治疗的TNBC患者样本

重点核对

细胞系类型及PRMT5表达状态(过表达或敲低) 铁死亡诱导剂种类及浓度(RSL3、erastin) PRMT5抑制剂类型及浓度(JNJ-64619178、GSK3326595) 体内实验中抗PD-1抗体和GSK3326595的给药方案 患者样本的免疫治疗反应及PRMT5、NRF2、HMOX1表达

摘要

背景 作为三阴性乳腺癌(TNBC)的一种新兴治疗策略,免疫治疗部分通过诱导铁死亡发挥作用。近期研究表明,蛋白精氨酸甲基转移酶5(PRMT5)通过调节肿瘤微环境,在多种癌症的免疫治疗中发挥不同作用。然而,PRMT5在铁死亡中的作用,特别是在TNBC免疫治疗中的作用,尚不清楚。 方法 通过免疫组化(IHC)染色检测TNBC中PRMT5的表达。为探索PRMT5在铁死亡诱导剂和免疫治疗中的功能,进行了功能实验。使用一组生化检测来发现潜在机制。 结果 PRMT5在TNBC中促进铁死亡抵抗,但在非TNBC中则损害铁死亡抵抗。机制上,PRMT5选择性地甲基化KEAP1,从而下调NRF2及其下游靶标,这些靶标可分为两组:促铁死亡和抗铁死亡。我们发现细胞内亚铁水平可能是决定NRF2变化时细胞命运的关键因素。在TNBC细胞亚铁浓度较高的情况下,PRMT5抑制NRF2/HMOX1通路并减缓亚铁的输入。此外,PRMT5蛋白水平高表明TNBC对免疫治疗具有强抵抗性,PRMT5抑制剂增强了免疫治疗的治疗效果。 结论 我们的结果揭示PRMT5的激活可以调节铁代谢并驱动对铁死亡诱导剂和免疫治疗的抵抗。因此,PRMT5可用作改变TNBC免疫抵抗的靶点。

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
PRMT5在TNBC铁死亡和免疫治疗抵抗中的作用及机制是什么?
核心机制
PRMT5通过甲基化KEAP1(R596位点)增强其稳定性,抑制TRIM25介导的KEAP1泛素化降解,从而下调NRF2/HMOX1通路,减少亚铁输入,促进铁死亡抵抗和免疫治疗抵抗。
主要证据
体外实验显示PRMT5过表达抑制铁死亡,敲低促进铁死亡;机制研究通过co-IP、质谱和突变体确认KEAP1甲基化;体内4T1模型显示PRMT5抑制剂联合抗PD-1增强抗肿瘤效果;患者样本显示PRMT5、NRF2、HMOX1表达与免疫治疗反应相关。
研究意义
研究表明PRMT5可作为改变TNBC免疫抵抗的靶点,PRMT5抑制剂联合免疫治疗可能成为TNBC的潜在治疗策略。

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PRMT5对TNBC细胞铁死亡的影响

确定PRMT5是否调控TNBC细胞对铁死亡诱导剂的敏感性。

在PRMT5过表达或敲低的MDA-MB-231和HCC1937细胞中,用RSL3或erastin处理,检测细胞活力、脂质ROS和MDA水平。

2

筛选PRMT5调控的铁死亡相关基因

识别PRMT5调控的铁死亡相关下游分子。

利用GSE132407和GSE65965数据库分析PRMT5敲低或抑制后的差异表达基因,与FerrDb铁死亡基因集取交集,筛选出HMOX1等候选基因。

3

验证HMOX1在PRMT5调控铁死亡中的作用

验证HMOX1是否是PRMT5调控铁死亡的关键下游效应分子。

在PRMT5过表达细胞中同时过表达HMOX1,用RSL3处理,检测细胞活力、MDA水平和细胞内亚铁浓度。

4

阐明PRMT5调控NRF2/HMOX1的分子机制

揭示PRMT5如何抑制NRF2/HMOX1通路。

通过Western blot检测PRMT5过表达或敲低后KEAP1、NRF2及其靶蛋白的表达;用co-IP和质谱检测PRMT5与KEAP1的相互作用及KEAP1甲基化;用放线菌酮实验检测KEAP1半衰期;用MG132处理检测蛋白酶体降解。

5

确定KEAP1甲基化位点及对泛素化的影响

确定PRMT5甲基化KEAP1的具体精氨酸残基,并证明该甲基化抑制KEAP1泛素化降解。

构建KEAP1截短突变体和点突变体(R362K、R415K、R596K、R601K),通过co-IP检测PRMT5结合区域和甲基化位点;检测KEAP1泛素化水平及与TRIM25的相互作用。

6

评估PRMT5和NRF2在不同乳腺癌细胞系中的作用

探讨PRMT5和NRF2在不同铁浓度细胞中对铁死亡敏感性的影响。

在TNBC和非TNBC细胞系中过表达PRMT5或NRF2,用RSL3处理,检测细胞活力;用FerroOrange检测各细胞系的基础亚铁水平;分析NRF2表达与乳腺癌预后的相关性。

7

体内验证PRMT5抑制剂联合免疫治疗的疗效

验证PRMT5抑制剂是否能增强抗PD-1免疫治疗的效果。

在4T1同系小鼠模型中,给予抗PD-1抗体和/或GSK3326595处理,测量肿瘤体积和重量,检测肿瘤组织MDA含量及KEAP1、NRF2、HMOX1蛋白表达。

8

分析患者样本中PRMT5、NRF2和HMOX1表达与免疫治疗反应的关系

验证PRMT5、NRF2和HMOX1表达与TNBC患者免疫治疗反应的相关性。

收集8例接受免疫治疗的TNBC患者样本,通过免疫组化检测PRMT5、NRF2和HMOX1表达,并根据临床反应分组比较。

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Pricella--
RSL3MedChemExpressHY-100218A
erastinMedChemExpressHY-15763
Ferrostatin-1MedChemExpressHY-100579
JNJ-64619178Selleck ChemicalsS8624
GSK3326595Selleck ChemicalsS8664
MG132MedChemExpressHY-13259
抗PD-1抗体Bio X CellBE0146
IgG对照Bio X CellBE0089
干扰素γBeyotimeP6137
PRMT5抗体Cell Signaling TechnologyD5P2T
KEAP1抗体Proteintech10503-2-AP
NRF2抗体Proteintech16396-1-AP
HMOX1抗体Proteintech10701-1-AP
BODIPY 581/591 C11Thermo Fisher ScientificD3861
脂质过氧化MDA检测试剂盒Abcamab118970
TRIzol试剂TaKaRa--
逆转录试剂盒TaKaRa--
铁检测试剂盒Abcamab83366
FerroOrange荧光探针Dojindo--
Matrigel基质胶Corning47743-720

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
细胞系与培养
细胞系来源和培养条件(培养基、CO2浓度、温度)。
阅读提示:Methods - Cells and cell culture
铁死亡诱导处理
铁死亡诱导剂种类、浓度和处理时间(RSL3、erastin)。
阅读提示:Results - PRMT5 prevents ferroptosis of TNBC cells; Figure 1 legend
分子机制验证
PRMT5敲低/过表达效率、KEAP1甲基化位点、KEAP1半衰期、MG132处理。
阅读提示:Results - PRMT5 inhibits NRF2/HMOX1 by methylating and stabilizing KEAP1; Figure 3 legend
体内动物模型
4T1细胞接种数量、移植瘤模型建立、抗PD-1和GSK3326595给药剂量、途径、频率和时间。
阅读提示:Results - PRMT5 inhibitors potentiated the therapeutic efficacy of immunotherapy; Figure 6 legend; Methods - In vivo tumorigenesis assay
患者样本分析
患者样本数量、临床反应分组、IHC染色抗体浓度和评分标准。
阅读提示:Methods - Patient samples; IHC staining; Figure 6J