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项目文章 | 复旦大学王建华教授等共同发现 HIC1 调控乳腺癌进展新机制

文章出处:   责任编辑:   发布时间:2018-10-11 10:31:35    点击数:-   【

前 言 

 

近日,由复旦大学王建华教授领衔,上海交通大学医学院陆劲松教授、孟祥军教授、侯照远研究员作为共同通讯作者,上海交通大学医学院王莹莹为第一作者,在 The Journal of Clinical Investigation 期刊发表了有关乳腺癌进展新分子机制。

JCI 最新影响因子 13.251。下面就带大家一起看一下这篇肿瘤高分文章的详细内容。

 

研究背景

乳腺癌是威胁女性健康的最普遍的一种恶性肿瘤。目前虽然有一些针对性治疗方案,但乳腺癌仍具有较高的复发和转移,因此,阐明乳腺癌发生和进展的分子机制对于诊断和治疗将大有裨益。肿瘤的发生和进展受到肿瘤微环境的影响,特别是其中的 CAF 细胞(肿瘤性的成纤维细胞)。在乳腺癌中,CAF 会促进恶性乳腺上皮细胞的转移。转录因子 HIC1 是一个抑癌基因,在多种肿瘤中都发现存在 HIC1 基因的表观沉默。HIC1 沉默在乳腺癌肿瘤微环境中的作用未见报道。

研究内容

研究发现,小鼠中 HIC1 的缺失会导致乳腺细胞的肿瘤早期恶性转化。HIC1 缺失的乳腺细胞分泌趋化因子 CXCL14,通过其受体 GPR85 激活 ERK1/2、Akt 和 neddylation pathway,从而活化乳腺微环境中的成纤维细胞。活化的成纤维细胞反过来通过激活 CCL17/CCR4 趋化因子轴诱导上皮-间质转化而促进乳腺癌细胞的进展和转移。肿瘤细胞和微环境中成纤维细胞间的 crosstalk 在乳腺癌进展中起到了关键作用,本研究为乳腺癌的特异性诊断和治疗提供了新的思路。

乳腺癌进展中 HIC1-CXCL14-CCL17 loop 图


研究路线


研究结果

1、  HIC1 的缺失导致乳腺恶性增生及泌乳能力下降。为研究 HIC1 缺失在乳腺癌进展中的作用,利用杂交获得 HIC1 conditional knockout 小鼠 Hic1-/-,这一小鼠在乳腺特异性的 Wap 启动子存在的情况下会发生 HIC1 deletion。与野生型 Hic1+/+ 相比,Hic1-/-小鼠乳腺导管异常增生、上皮层增厚。另外,在 MCF7 细胞中 HIC1 的缺失也会增强形成血管生成网络的能力。结果还显示,HIC1 的缺失同时还会导致乳腺泌乳能力的下降。

2、 利用 TCGA 数据进行分析,与对照样品比较,乳腺癌样品中 HIC1 基因的表达量均出现显著下调。并且随着乳腺癌的进展,HIC1 的表达量持续下降。K-M 分析也显示,HIC1 的缺失对应病人更低的生存率。

左图:HIC1 在肿瘤 vs 对照以及乳腺癌不同分期中的表达量;右图:HIC1 与病人生存率的 K-M 曲线。

 

3、  HIC1 缺失的乳腺癌细胞能直接激活基质中 CAF。Western blot 检测显示,HIC1 缺失小鼠中 CAF marker 基因 α-SMA 表达量的上调,即 HIC1 的缺失会导致乳腺基质中肿瘤性成纤维细胞 CAF 的活化。中同样存在 CAF 的活化。将正常的成纤维细胞 NAF 与HIC1 缺失的 MCF7 细胞、T47D 细胞分别共培养,4 天后检测显示同样存在 CAF 的活化。

 

HIC1 缺失导致 α-SMA 上调。上图是 Wester blot 结果,下图是免疫荧光染色结果。

 

4、  CXCL14 是 HIC1 的靶基因。为了筛选 HIC1 的下游基因,利用已发表的 HIC1 缺失细胞系表达谱芯片数据进行挖掘,在差异表达基因中,筛选到其中 8 个细胞因子基因参与了乳腺成纤维细胞的活化,并通过 RT-PCR 进行了验证,其中趋化因子 CXCL14 差异最为显著。分析预测 CXCL14 基因启动子区域有 11 个 HIC1-binding sites (TGCC/GGCA),通过荧光素酶报告系统实验显示,HIC1 可以直接结合到 CXCL14 的启动子区域从而调控 CXCL14 的表达。ChIP-PCR 也证明 HIC1 确实可以特异性富集 CXCL14 启动子序列。

差异表达基因的检测,其中 CXCL14 在 HIC1 缺失组和对照组中差异显著。

 

左图:CXCL14 启动子上预测的 HIC1 结合位点;右图:HIC1 显著抑制 CXCL14 的表达。

 

5、  CXCL14 参与乳腺成纤维细胞的活化。利用不同浓度的 rhCXCL14 处理乳腺成纤维细胞 NAF,结果显示 rhCXCL14 处理后 NAF 发生显著活化(以 α-SMA 为检测指标)。MCF7 细胞中分别敲除 HIC1、HIC1 和 CXCL14,然后异种移植小鼠,结果显示单独敲除 HIC1 会增加小鼠肿瘤负荷,但同时敲除 CXCL14 可以挽救这一过程。利用 HuProt human proteome microarrays 蛋白芯片筛选 CXCL14 互作的蛋白,最终鉴别到 CXCL14 的受体 GPR85,CXCL14 通过 GPR85 激活下游的 ERK 1/2、Akt 和 neddylation pathway。

CXCL14 敲除可以缓解由于 HIC1 敲除导致的肿瘤负荷增加。

 

6、  CXCL14 活化的成纤维细胞通过 CCL17 诱导乳腺癌细胞的迁移。细胞因子芯片检测显示 CXCL14 活化的成纤维细胞会分泌细胞因子 CCL17、IL-5 和 angiopoietin-2,但只有 CCL17 会促进乳腺癌细胞的迁移。异种移植实验也显示 CCL17 会导致乳腺癌细胞转移到小鼠肺部。并且 rhCCL17 处理会促进上皮-间质转化。CCL17 也与乳腺癌病人的不良预后具有相关性。

 

左图:CCL17 促进乳腺癌细胞的肺转移;右图:CCL17 与病人预后的 K-M 图。

 

7、  组织芯片验证 HIC1-CXCL14-CCL17 环路。为了在临床样品中验证上述发现,利用包含 228 例良性和恶性乳腺癌样品的组织芯片进行了检测。结果表明恶性乳腺癌样品中,上皮 HIC1 表达量普遍降低,而基质 CXCL14、CCL17、GPR85 和 上皮 CCR4 普遍上升。并且 HIC1 的表达量与 CXCL14、CCL17 的表达量存在显著的负相关,CXCL14 与 CCL17 的表达量存在显著的正相关(p < 0.001)。

组织芯片结果图

 

研究结论

通过本研究,阐述了乳腺癌进展的分子机制,特别是肿瘤细胞与基质中成纤维细胞 HIC1-CXCL14-CCL17 loop 的作用,即:乳腺细胞中 HIC1 的缺失会导肿瘤的早期恶性转化,乳腺癌细胞分泌细胞因子 CXCL14,通过受体 GPR85 激活 ERK1/2、Akt 和 neddylation pathway 从而活化成纤维细胞,这些活化的成纤维细胞反过来通过激活 CCL17/CCR4 趋化因子轴诱导上皮-间质转化而促进乳腺癌细胞的进展和转移。


参考文献

Wang Y, Weng X, Wang L, et al. HIC1 deletion promotes breast cancer progression by activating tumor cell/fibroblast crosstalk. J Clin Invest 2018; doi: 10.1172/JCI99974.

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