本方案详细描述了一种非遗传性转录延伸缺陷的小鼠癌变体外模型。在此模型中,通过持续抑制CDK9来阻抑RNA聚合酶II在促炎反应基因上的有效延伸过程,从而模拟并研究临床上观察到的TEdeff现象,该现象存在于约20%的人类癌症类型中。
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本方案详细描述了一种非遗传性转录延伸缺陷的小鼠癌变体外模型。在此模型中,通过持续抑制CDK9来阻抑RNA聚合酶II在促炎反应基因上的有效延伸过程,从而模拟并研究临床上观察到的TEdeff现象,该现象存在于约20%的人类癌症类型中。
我们先前报道过,一部分癌症的特征是全局性转录失调,并伴有广泛的mRNA转录延伸(TE)缺陷——我们将此类癌症称为TEdeff值得注意的是,TEdeff 癌症的特征在于大量基因(如干扰素/JAK/STAT 和 TNF/NF-κB 信号通路相关基因)中出现异常转录和错误的 mRNA 加工,从而导致这些通路受到抑制。TEdeff 肾细胞癌和转移性黑色素瘤患者中肿瘤的亚型与免疫治疗的不良反应和预后显著相关. 鉴于研究转座元件(TE)的重要性deff 癌症——因其预示着免疫治疗面临重大障碍——本方案的目标是建立一种体外TEdeff 小鼠模型用于研究这些普遍存在的非遗传性转录异常在癌症中的作用,以获得新的见解、现有药物的新用途,或针对此类癌症找到新的治疗策略。我们详细描述了通过长期使用flavopiridol介导的CDK9抑制,阻断RNA聚合酶II(RNA Pol II)羧基末端重复结构域(CTD)上丝氨酸2残基的磷酸化,从而抑制RNA Pol II进入有效的转录延伸阶段。鉴于转录延伸(TE)deff 癌症并未根据特定的体细胞突变进行分类,因此采用药理学模型具有优势,能够最好地模拟在这些癌症中广泛存在的转录和表观遗传缺陷。使用优化的亚致死剂量的flavopiridol是目前唯一有效的策略,可建立一种可推广的非遗传性广泛转录延伸及mRNA加工缺陷模型,紧密模拟临床观察到的转录延伸(TE)缺陷deff 特征。因此,该TE模型deff 可用于解析使细胞自主抵抗免疫介导攻击的内在因素。
几乎所有活性基因表达中的一个关键限速步骤是RNA聚合酶II(RNA Pol II)从启动子近端暂停转变为 productive 延伸1,2。鉴于转录延伸的表观遗传失调在多种被定义为TEdeff的人类恶性肿瘤进展中起促进作用,导致促炎反应通路信号传导不足,从而对免疫治疗产生较差的响应和不良预后3,本方案的总体目标是建立一种有用的体外模型,用于研究癌症中广泛存在的非遗传性转录异常。基于此,长期药理学抑制CDK9是一种有效的策略,可用于构建具有普适性的非遗传性广泛转录延伸障碍及mRNA加工缺陷模型。采用长期CDK9抑制的理论依据在于,其可阻断RNA Pol II羧基末端重复结构域(CTD)上丝氨酸2位点的磷酸化,从而抑制RNA Pol II进入 productive 转录延伸阶段。此外,我们课题组先前描述的TEdeff癌症3并未归类于任何特定的体细胞突变类型。因此,非遗传性(药理学)模型具有优势,能够最佳模拟这些癌症中观察到的广泛转录和表观遗传缺陷。本文详细阐述了小鼠癌细胞长期氟哌啶醇处理模型的建立与表征方法。该方法可显著干扰基因组长度较长、启动子处于待命状态且具有可诱导表达特征(如TNF/NF-κB和干扰素/STAT信号通路)的基因的转录延伸过程,而这些通路的调控主要发生在转录延伸水平3,4,5。总体而言,这一优化的小鼠细胞系转录延伸缺陷模型——据我们所知,是目前唯一可用于研究新近定义的TEdeff肿瘤的模型——可驱动肿瘤对免疫攻击的抵抗,为探索和分析癌症核心转录机制中非遗传性缺陷在免疫介导细胞杀伤背景下的脆弱性提供了有力工具。
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辛辛那提儿童研究基金会的机构动物护理和使用委员会以及机构生物安全委员会已批准所有动物实验程序(IACUC方案编号#2017-0061和IBC方案编号#IBC2016-0016),这些实验均按照《美国国立卫生研究院实验动物护理和使用指南》中所述标准进行。
1. 通过flavopiridol处理对RNA聚合酶II进行慢性抑制——基本策略
2. 确认性免疫印迹实验,用于评估所构建的小鼠TEdeff模型中RNA聚合酶II功能缺陷以及干扰素(IFN)通路和肿瘤坏死因子(TNF)通路信号传导的受损情况
3. 在构建的小鼠 TEdeff 模型中评估 mRNA 加工缺陷的确认性检测
4. 验证性实验以评估小鼠TEdeff模型对FasL介导的细胞死亡的反应
5. 探索性实验以评估小鼠TEdeff模型对特异性抗原细胞毒性T细胞攻击的反应
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在此,我们提供一个详细的方案(图1以建立一种组织工程(TE)方法deff 由慢性亚致死剂量诱导获得的细胞模型(图2) 使用25 nM的flavopiridol处理。在 图3,经三天黄酮吡咯(flavopiridol)处理后,B16 OVA 细胞表现出部分 TE 特征deff 但在治疗一周后,B16/F10 OVA细胞显示出RNA聚合酶II羧基末端结构域(CTD)丝氨酸2位点磷酸化水平显著降低,同时H3K36me3也明显减少——H3K36me3是一种参与界定外显子边界的组蛋白修饰,可抑制失控的隐匿性转录。因此,TEdeff 细胞模型显示出关键的mRNA加工缺陷,表现为异常加帽和非多聚腺苷酸化mRNA的比例显著升高(图4A,B)。此外,还观察...
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RNA Pol II 延伸调控已成为调节刺激响应性基因表达的关键机制,从而有利于恶性细胞的生存5,7,8。从启动子近端暂停状态进入延伸阶段并实现后续的 mRNA 生成,依赖于 P-TEFb 的激酶活性9,10,11。本模型采用黄酮吡咯(flavopiridol,25 nM)——一种对关键的周期蛋白依赖性激酶 CDK9 具有抑制作用的化合物——来模拟 TEdeff 癌症中 Pol II 延伸过程中所观察到的缺陷;该表型此前由本研究团队首次发现3。
CDK9激酶活性长期以来被认为对Pol II大亚基CTD上丝氨酸2位点的磷酸化至关重要。关键的是,我...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作部分得到了美国国家癌症研究所(NCI,项目号CA193549)和辛辛那提儿童医院医疗中心(CCHMC)研究创新试点奖对Kakajan Komurov的资助,以及美国国防部(项目号BC150484)对Navneet Singh的资助。本内容完全由作者负责,不代表美国国家癌症研究所或美国国防部的官方观点。资助方在研究设计、数据收集与分析、发表决定或稿件撰写过程中均未发挥任何作用。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| hhis6FasL | Cell Signaling | 5452 | |
| 10X TBS | Bio-Rad | 170-6435 | |
| 12 孔板 | Falcon | 353043 | |
| 20% 甲醇 | Fisher Chemical | A412-4 | |
| 24 孔板 | Falcon | 351147 | |
| 4–18% SDS 聚丙烯酰胺凝胶 | Bio-Rad | 4561086 | |
| 4% 多聚甲醛 | Thermo Fisher Scientific | AAJ19943K2 | |
| 5% 脱脂奶粉 | Bio-Rad | 170-6404 | |
| 7-甲基鸟苷抗体 | BioVision | 6655-30T | |
| 96 孔板 | Cellstar | 655180 | |
| AF647 标记的小鼠 CD8 | Biolegend | 100727 | |
| 抗生素和抗真菌剂 | Gibco | 15240-062 | |
| 抗 His 抗体 | Cell Signaling | 2366 P | |
| 抗兔 | Cell Signaling | 7074 | 稀释比例 1:5000 |
| 抗大鼠 | Cell Signaling | 7077S | 稀释比例 1:5000 |
| Bradford 蛋白定量试剂盒 | Bio-Rad | 5000121 | |
| BSA | ACROS Organics | 24040-0100 | |
| BV421 标记的小鼠 CD45 | Biolegend | 109831 | |
| 结晶紫 | Sigma | C3886-100G | |
| DMEM | Gibco | 11965-092 | |
| Dynabeads Oligo (dT)25 | Ambion | 61002 | |
| FBS | Gibco | 45015 | |
| 可固定的活/死细胞染色染料 e780 | eBioscience | 65-0865-14 | |
| 黄酮吡咯 | Selleckchem | S1230 | |
| H3k36me3 | Abcam | ab9050 | 稀释比例 1:2000 |
| IFN-α | R&D systems | 12100-1 | |
| IFN-γ | R&D systems | 485-MI-100 | |
| IMDM | Gibco | 12440053 | |
| Immobilon Western 化学发光 HRP 底物 | Millipore | WBKLS0500 | |
| MojoSort 小鼠 CD8 T 细胞分离试剂盒 | Biolegend | 480007 | |
| NF-κB | Cell Signaling | 8242s | 稀释比例 1:1000 |
| PBS | Gibco | 14190-144 | |
| p-NF-κB | Cell Signaling | 3033s | 稀释比例 1:1000 |
| p-Ser2-RNAPII | Active Motif | 61083 | 稀释比例 1:500 |
| p-Ser5-RNAPII | Active Motif | 61085 | 稀释比例 1:1000 |
| p-STAT1 | Cell Signaling | 7649s | 稀释比例 1:1000 |
| RiboMinu 真核生物试剂盒 | Ambion | A10837-08 | |
| RIPA 裂解缓冲液 | Santa Cruz Biotechnology | sc-24948 | |
| RNAPII | Active Motif | 61667 | 稀释比例 1:1000 |
| STAT1 | Cell Signaling | 9175s | 稀释比例 1:1000 |
| TNF-α | R&D systems | 410-MT-010 | |
| 总 H3 | Cell Signaling | 4499 | 稀释比例 1:2000 |
| Trizol 试剂 | Sigma | T9424 | |
| 吐温 | Sigma | T8787-50ML | |
| Tween 20 | AA Hoefer | 9005-64-5 | |
| β-肌动蛋白 | Cell Signaling | 12620S | 稀释比例 1:5000 |
| β-巯基乙醇 | G Biosciences | BC98 |
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