BAG3通过WDR5表观调控GALNT10表达促进顺铂耐药卵巢癌干细胞样特征

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目的:卵巢癌是最致命的妇科癌症,该疾病的死亡率很高。晚期上皮性卵巢癌患者的5年总生存率小于25%,主要由于该疾病诊断较晚,70%的患者通常诊断为晚期(III期和IV期)。铂类药物被广泛用于卵巢癌的一线治疗,患者通常接受以铂为基础的化疗,最初可能有反应,但在多轮化疗后肿瘤产生化疗耐药性,并导致超过90%的患者死亡。因此,了解卵巢癌耐药的分子机制对于开发针对卵巢癌患者有效疗法非常重要。近年来有越来越多的证据支持癌症干细胞在化疗后复发中起不可或缺的作用。癌症干细胞(cancer stem cells,CSCs)是一种在肿瘤组织中占很小比例且具有自我更新和无限增殖能力的细胞群,随机分布在肿瘤内,但主要存在于缺氧、低p H值和较少营养的生态位中。在大多数恶性血液病和各种实体肿瘤中被发现,促进肿瘤的发生、扩张、抵抗、复发和治疗后转移。CSCs可以很容易地适应周围环境的变化,并且比肿瘤内的其他细胞更能抵抗常规疗法。由于这些特殊的细胞群不会被化疗药物清除,导致药物治疗后肿瘤产生复发和转移。糖基化是将糖链连接到蛋白质、脂质等生物大分子的过程,该过程主要发生在细胞的内质网和高尔基体,由不同的糖基转移酶和糖苷酶介导。糖基化主要分为N-糖基化修饰、O-糖基化修饰、C-糖基化修饰以及GPI锚定修饰等。在细胞增殖、分化、转移等各个环节中发挥重要作用。在动物、植物和微生物中存在多种蛋白质糖基化类型。其中粘蛋白型O-糖基化是哺乳动物中最丰富的糖基化形式之一。在哺乳动物中,粘蛋白型O-糖基化是由多达20个编码多肽N-乙酰半乳糖胺转移酶pp Gal NAc-T的同源基因家族发起。据报道,异常粘蛋白型O-糖基化是恶性肿瘤最显著的特征之一。多肽N-乙酰半乳糖胺转移酶家族成员作为催化蛋白质粘蛋白型O-糖基化的起始酶,其异常表达可以改变肿瘤细胞的多种生物学行为,如增殖、迁移、转移和药物抵抗性。一些pp Gal NAc-T已被确定为关键的治疗靶点。最近的研究表明,该家族成员GALNT10在胃癌、肾细胞癌、结直肠癌等多种癌症中异常表达并参与多种生物学功能,但其在卵巢癌中的研究目前知之甚少。BAG3是一种多功能HSP70共伴侣和抗凋亡蛋白,通过其C端BAG结构域与HSP70的ATP酶结构域相互作用,在细胞蛋白质稳态中起着关键的生理作用。BAG3能够调节多种生理过程,包括细胞凋亡、发育和细胞骨架动力学。除了其生理功能外,BAG3还涉及多种病理状况,包括心肌病、神经退行性疾病和癌症。在恶性肿瘤中,BAG3主要发挥致癌功能,并且已知可调节癌症的几个关键过程,如细胞存活、细胞粘附、转移和血管生成。此外,在肿瘤细胞中高水平BAG3与多种化疗耐药相关。然而BAG3在调节卵巢癌肿瘤干细胞样表型的分子机制尚未证实。本研究前期结果表明,BAG3在顺铂敏感卵巢癌组织和细胞中低表达,在顺铂耐药卵巢癌组织和细胞中高表达,并且BAG3高表达与卵巢癌患者的无病生存率密切相关。我们推测BAG3可能与卵巢癌顺铂耐药有关,我们在耐药细胞中利用CRISPR-Cas9体系敲除BAG3,通过CCK8实验发现只有暴露于高剂量顺铂浓度下,敲除BAG3可抑制耐药细胞活力,但这种抑制程度有限。在顺铂敏感卵巢癌细胞中过表达BAG3,不影响卵巢癌细胞对顺铂的应答反应,这说明BAG3在顺铂耐药和敏感卵巢癌细胞中的差异表达仅对顺铂耐药卵巢癌细胞的敏感性有轻微影响。通过进一步研究发现BAG3可显著影响顺铂耐药卵巢癌的干细胞样特征。为了进一步探索引起这一现象的机制,我们通过细胞培养稳定同位素标记(Stable Isotope Labeling with Amino Acids in Cell Culture,SILAC)定量蛋白质组学在BAG3敲除和未敲除的细胞中筛选差异表达基因。我们将差异倍数最显著的GALNT10作为研究对象,TCGA数据库数据分析显示GALNT10高表达与卵巢癌患者的不良预后相关,并且之前有研究表明GALNT10与肿瘤的恶性进展有关。因此,我们推测BAG3可能是通过调控GALNT10表达而影响顺铂耐药卵巢癌的干细胞样特征,但具体调节机制尚不明确。故本研究旨在阐明BAG3调控GALNT10的潜在机制及相关通路在卵巢癌治疗中的临床意义,这将为铂耐药卵巢癌的治疗提供有吸引力的治疗靶点,并为进一步鉴定其他具有治疗意义的靶点提供信息。研究方法:1、Western blot检测BAG3在25例卵巢癌组织中的表达,包括16例顺铂敏感卵巢癌组织和9例耐药卵巢癌组织。2、Western blot检测BAG3在顺铂敏感和耐药卵巢癌细胞中的表达。3、利用慢病毒感染方式构建稳定敲除BAG3的顺铂耐药细胞系。4、CCK8实验检测BAG3对卵巢癌细胞顺铂敏感性的影响。5、通过克隆形成实验、Transwell转移小室实验以及球囊形成实验检测BAG3对卵巢癌细胞干细胞样表型的影响。6、体内裸鼠成瘤实验检测BAG3对耐药卵巢癌细胞肿瘤形成能力的影响。7、卵巢癌组织芯片检测BAG3在浆液性和粘液性卵巢癌患者样本中的表达。8、定量蛋白质组学筛选BAG3敲除细胞中的差异表达基因,并将下调最显著的GALNT10作为本研究的重点研究目标。9、RT-q PCR检测GALNT10m RNA水平的变化。10、在GALNT10启动子区域构建不同截短体,通过荧光素酶报告基因实验检测GALNT10启动子活性。11、Ch IP实验分析GALNT10启动子区域组蛋白修饰水平的变化。12、新生RNA检测试剂盒检测新生WDR5 m RNA合成。13、RIP实验检测BAG3与WDR5转录本的相互作用。14、将GALNT10野生型和酶失活突变型GALNT10(D237N、H239D)慢病毒转入BAG3敲除和未敲除细胞中,检测GALNT10酶活性对BAG3介导顺铂耐药卵巢癌干细胞样特征的影响。结果:1、BAG3在顺铂耐药卵巢癌中表达上调并增强卵巢癌干细胞样特征。2、BAG3高表达与卵巢癌患者的无病生存期相关。3、BAG3在转录激活水平调节顺铂耐药卵巢癌细胞中GALNT10表达。4、BAG3敲除抑制GALNT10启动子区域ZBTB2募集和H3K4me3。5、WDR5通过影响H3K4me3促进ZBTB2招募到GALNT10启动子区域。6、BAG3通过其67-76氨基酸残基与WDR5 m RNA直接相互作用并稳定WDR5转录本。7、BAG3通过GALNT10调节顺铂耐药卵巢癌细胞干细胞样特征并依赖其糖基转移酶活性。结论:BAG3在顺铂耐药卵巢癌中表达增加,并且高水平BAG3与患者较差的无病生存率密切相关。本文主要揭示了BAG3通过WDR5表观调控GALNT10表达,促进铂耐药卵巢癌细胞干细胞样特征。
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