ביטוי של FOXD1 מוגבר ברקמות LUSC אנושיות
שאילתה בניתוח אינטראקטיבי של פרופיל ביטוי גנים (GEPIA) הראתה שפע גבוה יותר של תמלילי FOXD1 ב-LUSC מאשר בדגימות ריאה נורמליות, בעוד שההשוואה בקרצינומה אדנומטית של הריאה לא הגיעה למשמעות סטטיסטית (איור 1A). ניתוח של 12 זוגות של רקמות LUSC ורקמות סמוכות שאינן גידול העניק את אותו כיוון שינוי באמצעות qRT-PCR ו-western blotting (איור 1B,C). צביעה אימונוהיסטוכימית הראתה גם היא אות FOXD1 חזק יותר בחתכים של גידולים מאשר ברקמה סמוכה זוגית (איור 1D).
השחלה (knockdown) של FOXD1 מפחיתה את החיוניות ואת הנדידה ומגבירה אפופטוזה בתאי LUSC
שפע התעתוק של FOXD1 היה גבוה יותר בתאי SK-MES-1 ו-NCI-H226 מאשר בתאי BEAS-2B (איור 2A). נסקרו שלושה RNA מפריעים קטנים (siRNA) המכוונים ל-FOXD1; siRNA-1 הפיק את ההפחתה הגדולה ביותר שזוהתה באמצעות qRT-PCR ו-western blotting ונבחר לבדיקות המשך (איור 2B,C). ביחס לבקרת השלילה, השתקה של FOXD1 הפחיתה את אות ה-Cell Counting Kit-8 (איור 2D), הגבירה את מספר התאים החיוביים ל-Annexin V (איור 2E), והפחיתה את הנדידה ב-Transwell (איור 2F) בשני קווי התאים של LUSC. רכיב נבחר יחיד הועבר לשלבים הבאים, ולכן התוצאות הפונקציונליות אינן מהוות הוכחה לשלילה של השפעות מחוץ למטרה (off-target effects) באופן שאינו תלוי רצף.
הביטוי של METTL3 נמצא במתאם עם FOXD1 בדגימות LUSC
מתילציה של m6A היא מודיפיקציה כימית דינמית והפיכה הנפוצה רבות באוקריוטים, המהווה רגולציה על ידי מתילטרנספראזות ודמתילאזות, ומזוהה ומעובדת על ידי חלבונים קושרים של m6A18. אות m6A גלובלי היה גבוה יותר ב-12 רקמות LUSC מאשר ברקמות סמוכות מצומדות, והיה גבוה יותר גם בשני קווי תאי LUSC מאשר בתאי BEAS-2B (איור 3A). תמלילים המקודדים ל-METTL3, METTL14, WTAP ו-RBM15 היו מוגברים בדגימות הגידולים הצומדות (איור 3B). על פני נתוני GEPIA ומערכת 12 הגידולים, FOXD1 הראה את הקשר החיובי הברור ביותר עם METTL3; הקשר עם RBM15 היה חלש יותר (איור 3C,D). Western blotting הראה בנוסף שפע גבוה יותר של METTL3 ברקמות גידול (איור 3E). ניתוחים אלו מבססים שונות משותפת (co-variation), ולא רגולציה ישירה.
השקטה של METTL3 משנה את שכיחות FOXD1 ואת הפנוטיפים של תאי LUSC
שלושה RNA קטנים ומעכבים (siRNAs) המכוונים ל-METTL3 נסרקו בתאי SK-MES-1 ו-NCI-H226 באמצעות qRT-PCR ו-western blotting (איור 4A,B). השתקה (knockdown) של METTL3 הפחיתה את אות ה-m6A הגלובלי (איור 4C). ביטוי יתר של FOXD1 העלה את רמות ה-FOXD1 מבלי להגביר את METTL3 (איור 4D), וניסוי ההצלה (rescue) בארבע קבוצות אישש את הירידה בשפע של FOXD1 לאחר השתקת METTL3 ואת השחזרו באמצעות ה-construct של FOXD1 (איור 4E,F). השתקת METTL3 הפחיתה את החיוניות והנדידה והגבירה את האפופטוזיס; ביטוי מחדש של FOXD1 נתנגד חלקית לשינויים אלו (איור 4G–I). לפיכך, נתוני ההצלה עקביים עם הפועלה של FOXD1 במורד הזרם (downstream) של METTL3 בתאים בתרבית.
הפרעה ל-METTL3 קשורה ליציבות של ה-RNA והחלבון של FOXD1
ראיות גוברות מצביעות על כך שמודיפיקציית m6A של mRNA מווסתת היבטים שונים של מחזור ה-mRNA, כולל שחלוף (splicing) של pre-mRNA, תרגום, ייצוא גרעיני-ציטופלסמי, פירוק ושחלוף19,20. SRAMP זיהה מוטיבים מועמדים של m6A ב-RNA של FOXD1, ו-m6A2Target רשם את METTL3 כ-"writer" חזוי הקשור ל-FOXD1 בתאי H1299 (איור 5A,B). פלטים אלו מבסיסי הנתונים הם מחוללי היפותזות ואינם מדגימים קישור או מתילציה ספציפית לאתרים בתאי LUSC. בעקבות חסום שעתוק באמצעות actinomycin D, רמות ה-RNA של FOXD1 ירדו במהירות רבה יותר לאחר knockdown של METTL3 מאשר בתאי ביקורת (איור 5C). שפע ה-FOXD1 היה גבוה יותר בתאים עם ביטוי יתר של METTL3 שטופלו ב-MG132 מאשר בביקורות וקטור שטופלו ב-MG132, בעוד שדפוס זה לא נצפה לאחר טיפול ב-CHX (איור 5D,E). מהלך הזמן של ה-CHX הראה אובדן מהיר יותר של חלבון FOXD1 לאחר knockdown של METTL3 (איור 5F). יחד, בדיקות אלו עקביות עם שינויים ב-RNA של FOXD1 וביציבות החלבון הקשורים ל-METTL3, אך אינן מזהות את האדנוזין שעבר מודיפיקציה, אינן מדגימות קישור ישיר, ואינן מגדירות "reader" של m6A.
השקתה של FOXD1 מדכאת את צמיחת קסנוגרפט של LUSC
כדי לבחון את תפקוד FOXD1 in vivo, תאי SK-MES-1 של ביקורת ותאים עם knockdown של FOXD1 הושתלו תת-עורית בעכברים עירומים (n = 8 לכל קבוצה). החל משבוע לאחר ההשתלה, הגדלים של הגדוליים נמדדו מדי 4 ימים למשך 20 ימים, והם נאספו ביום ה-27 לאחר ההזרקה. הגדולים שהוצאו היו קטנים יותר בקבוצת ה-knockdown של FOXD1 (איור 6A), עקומות הצמיחה שלהם עלו לאט יותר (איור 6B), ומשקלם הסופי היה נמוך יותר (איור 6C). גם צביעת FOXD1 ו-Ki-67 הייתה מופחתת בגידולים עם knockdown (איור 6D). ניסויים אלו מעריכים knockdown של FOXD1 בלבד; הם אינם בוחנים עיכוב של METTL3 in vivo.
בסיכום הדברים, FOXD1 היה מופרס ביתר (overexpressed) ברקמות ובתאים של קרצינומה סקוואמוזית של הריאה ותמך בהתרבות, בהגירה ובצמיחת קסנוגרפט. השתקת METTL3 הפחיתה את רמות m6A הגלובליות, הפחיתה את הביטוי של FOXD1 ופגעה בפנוטיפים תאיים ממאירים, בעוד שביטוי מחודש של FOXD1 הפך את השפעות אלו באופן חלקי. בדיקות היציבות תומכות בבקרה פוסט-טרנסקריפציונלית של FOXD1 הקשורה ל-METTL3, אך אינן מבססות מתילציה ספציפית לאתר או הצלה (rescue) של המסלול המלא in vivo. תכנון המחקר מסוכם ב-איור 7.
זמינות נתונים:
כל הנתונים שנותחו במחקר זה כלולים במאמר ובאיוריו. נתונים מספריים אנונימיים העומדים בבסיס הסיכומים המדווחים זמינים מהמחבר המקשר על פי בקשה סבירה, בכפוף לדרישות הממשל המוסדי והגנת המשתתפים. לא נעשה שימוש בקובצי סימולציה או בקוד ניתוח מותאם אישית.

איור 1: ביטוי של FOXD1 בדגימות של סרטן ריאה אנושי. (A) השוואת GEPIA של שכיחות תמלילי FOXD1 באדנוקרצינומה של הריאה (LUAD) ובקרצינומה של תאי קשקש בריאה (LUSC) לעומת דגימות ריאה נורמליות. (B) שכיחות תמלילי FOXD1 ב-12 זוגות של LUSC ורקמות סמוכות שאינן גידוליות. (C) שכיחות חלבון FOXD1 באותן רקמות מזווגות. (D) אימונוהיסטוכימיה מייצגת של FOXD1. רקמה אנושית n = 12 זוגות; חזרות טכניות בסגנון in vitro אינן משנות את ה-n ברמת המטופל. סרגל קנה מידה בלוח D = 50 µm. ***P < 0.001. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: השפעות של השתקת FOXD1 בתאי SK-MES-1 ו-NCI-H226. (A) שפע תמלילי FOXD1 בתאי BEAS-2B, SK-MES-1 ו-NCI-H226. (B) סריקת qRT-PCR של שלושה RNA קטנים ומפריעים (siRNAs) המכוונים ל-FOXD1 כ-48 שעות לאחר הטרנספקציה. (C) סריקת Western-blot של אותם שלושה siRNAs המכוונים ל-FOXD1. (D) בדיקת cell counting kit-8 לאחר השתקת FOXD1. (E) ניתוח אפופטוזיס באמצעות Annexin V–fluorescein isothiocyanate/propidium iodide ב-48 שעות. (F) מדידת נדידה ב-Transwell כ-24 שעות לאחר זריעת תאים שעברו טרנספקציה; תמונות שדה הראייה שנשמרו מוצגות ללא סרגל קנה מידה רטרוספקטיבי כיוון שנתוני כיול לא היו זמינים. בוצעו שלושה ניסויים ביולוגיים עצמאיים. *P < 0.05; **P < 0.01; ***P < 0.001. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: N6-methyladenosine גלובלי והקשר בין METTL3 ל-FOXD1. (A) אות m6A גלובלי ברקמות זוגיות ובתאי BEAS-2B, SK-MES-1, ו-NCI-H226. (B) תמלולי METTL3, METTL14, WTAP, ו-RBM15 ב-12 זוגות של רקמות LUSC ורקמות סמוכות. (C) מתאמי GEPIA בין FOXD1 לבין כל writer. (D) מתאמים בין FOXD1 לתמלולי writer ב-12 גידולי LUSC. (E) חלבון METTL3 ברקמות LUSC זוגיות ורקמות סמוכות. רקמה אנושית n = 12 זוגות; בדיקות תאים מייצגות שלושה ניסויים ביולוגיים בלתי תלויים. *P < 0.05; **P < 0.01; ***P < 0.001. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: השתקה של METTL3, הצלה על ידי FOXD1 ופנוטיפים של תאי LUSC. (A) סריקת qRT-PCR של שלושה RNA עם הפרעה קטנים (siRNA) המכוונים ל-METTL3, 48 שעות לאחר טרנספקציה. (B) סריקת Western-blot של אותם שלושה siRNA המכוונים ל-METTL3. (C) אות m6A גלובלי לאחר השתקת METTL3. (D) שכיחות של תמלילי וחלבון FOXD1 לאחר ביטוי יתר של FOXD1. (E) שכיחות תמלילי METTL3 ו-FOXD1 בתנאי בקרה, si-METTL3, ov-FOXD1, ותנאי משולב של si-METTL3 + ov-FOXD1, שנמדדה באמצעות qRT-PCR. (F) שכיחות חלבוני METTL3 ו-FOXD1 באותן קבוצות הצלה שנמדדה באמצעות Western blotting. (G) בדיקת Cell Counting Kit-8. (H) אפו פטוזיס באמצעות ציטומטריה של זרימה. (I) נדידה ב-Transwell. בוצעו שלושה ניסויים ביולוגיים בלתי תלויים. המספרים מתחת לפסי ה-western-blot מציינים יחסי חלבון מטרה/GAPDH מנורמלים. ns, לא מובהק; *P < 0.05; **P < 0.01; ***P < 0.001. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: METTL3 קשור לבקרת התעתק והחלבון של FOXD1. (A) אתרי N6-methyladenosine בתוך התעתק FOXD1 כפי שחזו SRAMP. (B) חיזוי באמצעות m6A2Target המזהה את METTL3 כ-writer מועמד הקשור ל-FOXD1. (C) שפע יחסי של mRNA של FOXD1 לאחר טיפול באקטינומיצין D בריכוז 5 µg/mL בתאי ביקורת שלילית ובתאים עם knockdown של METTL3 בנקודות זמן של 0 h, 2 h, 4 h ו-6 h. (D) שפע חלבון FOXD1 בתאי ביקורת עם וקטור ללא טיפול, תאי ביקורת עם וקטור שטופלו ב-MG132, ותאים עם ביטוי יתר של METTL3 שטופלו ב-MG132 (10 µM MG132). (E) שפע חלבון FOXD1 בתאי ביקורת עם וקטור ללא טיפול, תאי ביקורת עם וקטור שטופלו ב-CHX, ותאים עם ביטוי יתר של METTL3 שטופלו ב-CHX (20 µM CHX). (F) ביטוי חלבון FOXD1 לאחר טיפול ב-CHX בריכוז 20 µM למשך 0 h, 3 h, 6 h ו-9 h בתאי ביקורת שלילית ובתאים עם knockdown של METTL3. GAPDH שימש כביקורת העמסה. ניסויי התאים בוצעו בשלוש חזרות ביולוגיות בלתי תלויות. הבלוטים המוצגים הם מייצגים; המספרים מתחת לפסים מציינים יחסי FOXD1/GAPDH מנורמלים. *P < 0.05; **P < 0.01; ***P < 0.001. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 6: השתקת FOXD1 מדכאת את צמיחת קסנוגרפט של SK-MES-1. (A) גידולים שהוצאו מקבוצות ביקורת שלילית ומקבוצות השתקת FOXD1; סרגל קנה מידה = 1 cm. (B) צמיחת הגידול שנמדדה מדי 4 ימים במשך 20 ימים, החל משבוע לאחר ההשתלה, עם איסוף ביום ה-27 לאחר ההזרקה. (C) משקל הגידול בעת האיסוף. (D) דוגמה של אימונוהיסטוכימיה ל-FOXD1 ו-Ki-67 ברקמת קסנוגרפט; סרגל קנה מידה = 50 µm. n = 8 עכברים לקבוצה; **P < 0.01. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 7מערך המחקר הכולל וגבולות הראיותרקמות LUSC จับוזגות (n = 12 זוגות) וקווי תאים שימשו לאפיון של FOXD1, METTL3 ו-m6A גלובלי; לאחר הפרעה גנטית והצלה (rescue), בוצעו בדיקות חיוניות, אפופטוזיס, נדידה ויציבות. מודל קסנוגרפט של השתקה (knockdown) של FOXD1 (n = 8 עכברים לכל קבוצה) נוטר במשך 20 ימים. הדיאגרמה מבדילה בין ראיות ל-METTL3 המבוססות על תאים לבין ראיות ספציפיות ל-FOXD1. in vivo ראיות ומזהה קישור ישיר, m6A ספציפי לאתר, זהות קורא, ו- in vivo פעילות METTL3 כבלתי נבדקת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה מורחבת של איור זה.
| Gene | Direction | Sequence (5′–3′) |
| FOXD1 | Forward | TCTGAGTAACGCGTTATGCTT |
| FOXD1 | Reverse | CGGAATCGGACGCAAGTCTT |
| GAPDH | Forward | GGAGCGAGATCCCTCCAAAAT |
| GAPDH | Reverse | GGCTGTTGTCATACTTCTCATGG |
| METTL14 | Forward | CTGAAAGTGCCGACAGCATTGG |
| METTL14 | Reverse | CTCTCCTTCATCCAGATACTTACG |
| METTL3 | Forward | CCAGCACAGCTTCAGCAGTTCC |
| METTL3 | Reverse | GCGTGGAGATGGCAAGACAGATG |
| RBM15 | Forward | GTTGTGGCTTATGTGGAGTTTAC |
| RBM15 | Reverse | CACTTAAAACACCGGCATTGG |
| WTAP | Forward | GCAACAACAGCAGGAGTCTGCA |
| WTAP | Reverse | CTGCTGGACTTGCTTGAGGTAC |
טבלה 1: רצפי פריימרים לתגובת שרשרת פולימראז עם שעתוק הפוך כמותי (Quantitative reverse-transcription polymerase chain reaction). הרצפים מדווחים בכיוון 5′–3′.