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文獻解讀:WWOX基因通過上調(diào)Myc促進骨肉瘤發(fā)生發(fā)展的表觀調(diào)控機制

瀏覽次數(shù):504 發(fā)布日期:2024-1-10  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責任自負
骨肉瘤(Osteosarcoma, OS)是一種高侵襲性骨腫瘤,主要影響兒童和青少年。這種惡性腫瘤與不良臨床結(jié)果相關(guān),尤其是肺轉(zhuǎn)移。由于其罕見性和生物學(xué)異質(zhì)性,對其分子基礎(chǔ)研究有限,阻礙了有效療法的發(fā)展。WW結(jié)構(gòu)域氧化還原酶(WW domain-containing oxidoreductase,WWOX)是一種在人骨肉瘤中經(jīng)常發(fā)生變化的基因,使用Osterix1-Cre轉(zhuǎn)基因小鼠雙敲除Wwox和Trp53(DKO)已被證明可加速骨肉瘤發(fā)展。
 
2024年1月5日,以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)醫(yī)學(xué)院Rami I. Aqeilan團隊在《cell death & disease》雜志發(fā)表題為“WWOX promotes osteosarcoma development via upregulation of Myc”的研究論文。本研究通過構(gòu)建一個可追蹤的骨肉瘤小鼠模型,研究了WWOX基因在骨肉瘤發(fā)展中的作用,尤其是Myc基因及其靶基因MCM7的調(diào)控機制。研究結(jié)果表明,BM MSC可能是骨肉瘤的起源細胞,且Myc和其靶基因可能是骨肉瘤發(fā)生的早期分子事件,這為骨肉瘤的早期診斷和治療提供了新的視角。



標題:WWOX promotes osteosarcoma development via upregulation of Myc(WWOX基因通過上調(diào)Myc促進骨肉瘤發(fā)展)
時間:2024-1-5
期刊:cell death & disease
影響因子:IF 9
技術(shù)平臺:ChIP-seq、RNA-seq等
 
研究摘要
本研究構(gòu)建了一個可追蹤的骨肉瘤小鼠模型,該模型通過單敲除Trp53(SKO)或雙敲除Wwox/Trp53(DKO)并表達tdTomato報告基因。通過追蹤不同時間點的Tomato表達,研究者在非骨肉瘤攜帶小鼠骨髓(bone marrow)間充質(zhì)干細胞(Mesenchymal stem cells ,MSC) (young BM,年輕BM)中檢測到早期的tdTomato陽性細胞。分析結(jié)果表明雙敲除年輕BM細胞(DKO yBM)在體外和體內(nèi)均表現(xiàn)出致瘤特性,這些雙敲除年輕BM細胞的分子和細胞表征揭示了其與骨肉瘤腫瘤細胞的相似性。與單基因敲除年輕BM細胞相比,雙基因敲除年輕BM細胞中觀察到Myc及其靶基因上調(diào)的轉(zhuǎn)錄組變化。Myc的染色質(zhì)免疫沉淀測序(ChIP-seq)分析揭示了Myc在雙敲除年輕BM細胞中對Myc靶基因的富集增加,而Myc靶基因在雙敲除的年輕BM細胞中上調(diào)。雙敲除年輕BM細胞中WWOX的恢復(fù)降低了Myc蛋白水平。相對于單敲除年輕BM細胞,MCM7(Myc的一個已知靶基因)在雙敲除年輕BM中上調(diào)。使用辛伐他。╯imvastatin)抑制MCM7表達導(dǎo)致雙敲除young BM細胞的增殖和腫瘤細胞生長減少。研究結(jié)果揭示了BM間充質(zhì)干細胞(BM MSCs)是研究骨肉瘤和Myc及其靶標作為WWOX效應(yīng)器和骨肉瘤發(fā)生過程中早期分子事件。

 

研究結(jié)果

 
(1)構(gòu)建可追蹤的骨肉瘤小鼠模型

圖1:可追蹤的骨肉瘤細胞小鼠模型

 
A.實驗骨肉瘤(OS)小鼠模型的示意圖。
B.Cre陰性(Cre-),Cre陽性(Cre+ WT)和雙敲除(DKo tom)小鼠的基因組PCR。左panel的標簽表示引物對,右panel的標簽表示預(yù)期的條帶大小。
C.從(1)Cre陰性小鼠,(2)Cre+ WT小鼠,(3)DKO TOM小鼠提取的骨骼熒光顯微鏡圖像。
D.來自Cre-,Cre+ WT和DKO TOM小鼠的冷凍骨切片的免疫熒光圖像。紅色信號代表內(nèi)源性tdTomato,藍色信號代表核染色hoechst。
E.2月齡(2m)的Cre-,Cre+ WT和DKO TOM小鼠BM細胞的流式細胞術(shù)分析。10.2±2.3表示與同齡Cre-小鼠相比,Cre+ WT和DKO BM中tdTomato陽性細胞百分比。
F.在Cre+ WT和DKO BM細胞中,免疫印跡分析對p53、WWOX、p21和tdTomato蛋白在未電離輻射暴露(0分鐘)及電離輻射暴露(IR-10Gy)(30分鐘和120 分鐘)的表達。(相對于Cre+ WT的定量印跡分析)。
WT:野生型,DKO:雙敲除,BF:bright field,RFP:紅色熒光蛋白(red fluorescent protein),BM:骨髓(bone marrow)。
 
(2)OS小鼠的骨髓(BM)細胞具有致瘤性
圖2:OS小鼠的BM細胞具有致瘤性并表現(xiàn)出轉(zhuǎn)移性。
 
A.從Cre−小鼠收集的BM(Cre-Direct BM)、從DKO TOM小鼠收集的腫瘤(Direct-tumor)和成對BM細胞(Direct-BMT)進行流式細胞術(shù)分析,顯示tdTomato表達百分比(上panel,代表性實驗。下panel,14只小鼠的tdTomato陽性細胞百分比的平均值)。
B.與Cre+WT BM細胞相比,成對BMT和腫瘤細胞的集落形成試驗(代表性圖像左圖)(Giemsa染色和熒光顯微鏡圖像),Cre+BM、BMT和腫瘤細胞的集落數(shù)量的定量右圖(n=3)。
C.與對照上圖相比,NOD/SCID小鼠脛內(nèi)(IT)注射BMT和腫瘤細胞后發(fā)生的OS腫瘤的代表性圖像,H&E驗證OS中panel的組織學(xué)特征。組織學(xué)驗證顯示為成骨細胞型OS,下panel為腫瘤發(fā)展的免疫熒光圖像。紅色信號代表內(nèi)源性tdTomato,藍色信號代表核染色hoechst。
D.條形圖表示IT注射對照BM細胞(對照)、BMT和腫瘤細胞后出現(xiàn)OS的免疫低下小鼠的百分比。
E.傷口愈合實驗遷移。腫瘤和BMT細胞相對創(chuàng)傷密度時間圖(n=3)。
F.創(chuàng)面愈合實驗。腫瘤和BMT細胞相對創(chuàng)傷密度的時間圖(n=3)。
 
圖3:BMT與腫瘤細胞的分子相似性
 
A.腫瘤細胞(n=3)、成對BM細胞(BMT)(n=3) 和對照BM細胞(n=4)的主成分分析(PCA)圖 。
B.腫瘤細胞(n=3)、成對BM細胞(BMT)(n=3)與對照組比較的Venn圖。BMT與腫瘤細胞之間的共有基因為164。
C.熱圖顯示對照細胞和BMT/腫瘤細胞中差異表達基因。
D.通路富集分析。
E.對照組和BMT/腫瘤細胞差異表達基因的基因集富集分析(GSEA)。
 
(3)young BM(yBM)細胞表現(xiàn)出致瘤性
圖4:年輕BM(yBM)衍生細胞表現(xiàn)出致瘤和轉(zhuǎn)移能力
 
A.不同年齡的基因編輯BM細胞(DKO-BM)和野生型BM細胞(Cre+ WT BM)中tdTomato陽性細胞百分比的流式細胞術(shù)分析結(jié)果(n = 3)。
B.年輕非腫瘤攜帶小鼠(yBM-DKO)的BM細胞、Cre陰性小鼠(Cre-BM)和Cre陽性野生型小鼠(Cre+ WT BM)的BM細胞進行集落形成實驗。左panel展示Giemsa染色集落,右panel展示熒光顯微鏡下的集落圖像。77.6 ± 11.6表示yBM-DKO中的集落數(shù)量。
C.脛內(nèi)注射(IT)yBM細胞3-4個月后,免疫功能低下小鼠發(fā)展出OS腫瘤。上panel展示H&E染色的腫瘤組織學(xué)驗證,顯示了纖維母細胞/成骨細胞型OS。下panel展示發(fā)展的腫瘤免疫熒光圖像。紅色信號代表內(nèi)源性tdTomato,藍色信號代表核染色的Hoechst。
D.條形圖展示了在脛內(nèi)注射(IT)yBM、腫瘤和對照(Cre-BM)后,免疫功能低下小鼠發(fā)展成OS的百分比。
E.在NOD/SCID小鼠中,通過靜脈注射(IV)yBM細胞后,肺轉(zhuǎn)移的光鏡圖像、tdTomato免疫熒光圖像和H&E染色圖像。分別代表了肺轉(zhuǎn)移的可視化。
F.條形圖展示在靜脈注射yBM細胞后,NOD/SCOD小鼠發(fā)展成肺轉(zhuǎn)移的百分比(收集1.5月齡和6月齡小鼠)。
 
(4)導(dǎo)致骨肉瘤發(fā)生的早期分子變化

圖5:導(dǎo)致骨肉瘤發(fā)生的早期基因(yBM vs腫瘤細胞和yBM vs BMT細胞)。

 
A.腫瘤細胞(n=3)、yBM細胞(1.5月齡和4月齡)(n=6)和對照BM細胞(n=4)的主成分分析(PCA)。 
B.腫瘤細胞(n=3)、yBM細胞(1.5月齡和4月齡)(n=6)和對照BM細胞(n=4)的維恩圖分析。yBM和腫瘤細胞之間的共有基因有303個。
C.yBM和腫瘤細胞之間差異表達基因的通路富集分析。
D.腫瘤細胞(n=3)、yBM細胞(1.5月齡和4月齡)(n=6)和對照BM細胞(n=4)的PCA圖。
E.腫瘤細胞(n=3)、yBM細胞(1.5月齡和4月齡)(n=6)和對照BM細胞(n=4)的Venn圖。yBM和BMT細胞之間的共有基因有471個。
F.yBM和BMT細胞之間差異表達基因的通路富集分析。
G.對照和yBM/腫瘤細胞之間差異表達基因的基因集富集分析(GSEA)。
H.對照和yBM/BMT細胞之間差異表達基因的基因集富集分析(GSEA)。
 
(5)WWOX丟失導(dǎo)致yBM細胞中的Myc改變
圖6:WWOX表達與OS中的c-Myc呈負相關(guān)。
 
A.左panel顯示單敲除(SKO)和雙敲除(DKO)yBM細胞的Venn圖分析(n=3) ,其中308個基因是yBM DKO的特有基因。右panel的條形圖表示與SKO yBM相比,DKO特有的顯著通路(Myc靶標)。
B.對照BM(NRM)、SKO和DKO的yBM細胞差異表達基因的熱圖(n=3)。
C.條形圖表示從對照BM、SKO和DKO-yBM細胞中的一些Myc靶基因的RNA-seq測序數(shù)據(jù)中的reads數(shù)。
D.DKO和SKO-yBM細胞中Myc靶基因的mRNA水平。
E.啟動子區(qū)域最高Myc富集的前50個基因的歸一化表達(TPM)的彩色編碼熱圖。
F.啟動子區(qū)域Myc缺失的50個基因的歸一化表達(TPM)的彩色編碼熱圖。
G.SKO-yBM和DKO-yBM細胞的WWOX、c-Myc和p53的免疫印跡。P:親本細胞系,OE:過表達,PC:陽性對照,用nutlin(MDM2抑制劑)處理的HepG2細胞。展示了相對于SKO的WWOX和c-Myc蛋白水平的定量分析。
H.箱形圖表示來自TCGA TARGET GTEx的人骨肉瘤樣品中WWOX和Myc表達之間的相關(guān)性。高WWOX樣本>第75百分位,低WWOX<第25百分位,y軸代表Myc表達。PV:p值。
 
(6)DKO-yBM細胞中MCM7上調(diào)有助于其致瘤性
圖7:MCM7上調(diào)促進腫瘤進展
 
A.從1.5月齡、2.5月齡和4月齡的非腫瘤攜帶小鼠收集中的Cre+WT BM(對照)、DKO-yBM中MCM7的mRNA水平(n = 3). ****p值 < 0.0001.
B.Cre+WT BM(對照)、DKO-yBM、BMT和腫瘤細胞中MCM7和c-Myc的免疫印跡(數(shù)字表示生物重復(fù))。上圖顯示相對于Cre+WT BM細胞(對照)的MCM7蛋白水平的定量。下圖顯示SVA(µM)處理24小時后Cre+WT BM(對照)、DKO-yBM、BMT和腫瘤細胞(數(shù)字表示生物重復(fù))中MCM7和c-Myc蛋白水平的定量。
C.SVA(µM)處理24小時后Cre+WT BM(對照)、DKO-yBM、BMT和腫瘤細胞的MTT增殖實驗,圖表顯示各組細胞活力相對于未處理細胞的倍數(shù)變化。
D.SVA(µM)處理24小時后Cre+WT BM(對照)、DKO-yBM、BMT和腫瘤細胞(數(shù)字表示生物重復(fù))的克隆形成實驗 圖表顯示了各組細胞存活率相對于未處理細胞的倍數(shù)變化。
E.SVA(µM)處理24小時后SKO和DKO-yBM細胞(每組兩個生物重復(fù)序列)的MTT增殖實驗,圖表顯示各組細胞活力相對于未處理細胞的倍數(shù)變化。
F.在NOD/SCID小鼠中,通過脛內(nèi)注射(IT)yBM細胞后,比較了對照組(未處理)和SVA(60 mg/kg)處理組腫瘤的平均大。╟m3)和重量(g)。(*p<0.05,**p<0.01)。
G.對照組(vehicle)和SVA處理組腫瘤的H&E染色顯示OS成骨細胞/成纖維細胞特征,對照組和SVA處理的腫瘤的MCM7的IHC染色(左圖),與對照組相比(右圖),MCM7陽性染色的細胞核的定量(**p<0.001)。

研究結(jié)論
本研究強調(diào)了WWOX和p53作為腫瘤抑制基因在骨肉瘤(OS)發(fā)展中的重要性,Osx1陽性祖細胞中WWOX和p53的聯(lián)合缺失(雙敲除)導(dǎo)致了細胞的轉(zhuǎn)化和生長優(yōu)勢。這種優(yōu)勢至少部分由Myc過表達介導(dǎo),可能發(fā)生在OS細胞增殖和存活的早期階段。僅p53敲除不足以驅(qū)動觀察到早期分子變化,WWOX沉默和Myc過表達可能是預(yù)防和治療OS患者的的潛在靶點,為研究OS轉(zhuǎn)化、進展和干預(yù)的分子機制提供了細胞和遺傳平臺。

參考文獻:
Akkawi R, Hidmi O, Yehya AH, Monin J, Diment J, Drier Y, Stein GS, Aqeilan RI. WWOX promotes osteosarcoma development via upregulation of Myc. Cell Death Dis. 2024 Jan 5;15(1):13. pii: 10.1038/s41419-023-06378-8. doi: 10.1038/s41419-023-06378-8. PubMed PMID: 38182577.
來源:深圳市易基因科技有限公司
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標簽: ChIP-seq
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