Summary

c-fos 和 dusp1 在癌基因依赖性中的作用评价方法

Published: January 07, 2019
doi:

Summary

在这里, 我们描述了 c-fos 和 dusp1 作为白血病药物靶标的遗传和化学验证协议, 在体外和体内使用遗传和人性化的小鼠模型。该方法可应用于遗传验证和治疗发展的任何目标。

Abstract

酪氨酸激酶抑制剂 (tki) 在治疗慢性髓系白血病 (cml) 方面的示范预示着癌症治疗的一个新时代。然而, 少数细胞对 tki 治疗没有反应, 导致残留疾病最小;即使是最强大的 tki 也无法消灭这些细胞。这些 mrd 细胞作为对治疗产生抵抗力的水库。为什么 tki 治疗对 mrd 细胞无效尚不清楚。生长因子信号转导与 tki 治疗过程中支持 mrd 细胞存活有关, 但缺乏机械理解。最近的研究表明, 由于 mrd 细胞中收敛的致癌和生长因子信号, c-fos 和 dusp1 表达升高, 可以介导 tki 的抗性。c-fos 和 dusp1 的遗传和化学抑制使 cml 对 tki 非常敏感, 并在遗传和人性化的小鼠模型中治愈 cml。我们使用来自 tki 敏感和耐药细胞的多个微阵列确定了这些目标基因。在这里, 我们提供了在体外和体内使用小鼠模型进行目标验证的方法。这些方法可以很容易地应用于任何目标的遗传验证和治疗发展。

Introduction

bcr-abl1 融合癌基因的本构酪氨酸激酶活性引起 cml, 为小分子抑制剂靶向激酶活性提供了依据。tki 在治疗 cml 患者方面的成功彻底改变了靶向治疗的概念1,2。随后, 抗激酶治疗作为精确的医学被开发了为其他几个恶性肿瘤, 包括实体肿瘤。到目前为止, 已有30多种激酶抑制剂被美国 fda 批准用于治疗各种恶性肿瘤。虽然 tki 治疗对抑制疾病非常有效, 但并不治疗。此外, 在治疗过程中, 少量癌细胞持续存在: mrd3、45。即使是表现出完全缓解的患者, 也会留下 mrd, 如果不持续抑制, 最终会导致复发。因此, 需要根除 mrd 细胞, 以实现持久或治疗性的反应。cml 代表了一个有价值的范式, 用于定义精确医学的概念、肿瘤发生的机制、合理的靶向治疗、疾病进展和耐药性。然而, 即使在今天, 导致 tki 诱导的癌细胞死亡的机制还没有完全了解, 也没有完全了解为什么 mrd 细胞 (由白血病干细胞组成) 对 tki4,6具有内在的耐药性。然而, “癌基因依赖” 突变激酶蛋白的现象与 tki 的有效性有关, tki 对靶向癌基因的急性抑制会导致致癌休克, 导致细胞出现大规模的原凋亡反应或静止上下文相关的方式6,7,8,9。然而, 癌基因依赖的机械基础是缺乏的。最近的研究表明, 生长因子信号减少了癌基因的依赖性, 从而导致抵抗 tki 治疗10,11,12。因此, 为了深入了解癌基因依赖的机制, 我们从 bcr-abl1 成瘾和非成瘾细胞 (随生长因子生长) 进行了全基因组表达谱分析, 揭示了 c-fos 和 dusp1 是犯罪基因依赖的关键介质。癌基因成瘾13。c-fos 和 dusp1 的遗传缺失对 bcr-abl1 表达细胞是合成致死的, 实验中使用的小鼠没有发生白血病。此外, 小分子抑制剂对 c-fos 和 dusp1 的抑制作用, 治愈了 bcr-abl1 诱导的小鼠 cml。结果表明, c-fos 和 dusp1 的表达水平定义了癌细胞的凋亡阈值, 因此较低的水平会产生药物敏感性,而较高的水平会导致对治疗的抵抗力13。

为了确定导致癌基因依赖性的基因, 我们在生长因子存在的情况下进行了几次全基因组表达分析实验, 并使用了鼠肉和 cml 患者衍生细胞 (k562)。这些数据与 cml 患者数据集在伊马替尼治疗前后从 cd34+造血干细胞中获得的数据进行了并行分析。这一分析揭示了三个基因 (转录因子 [c-fos]、双特异性磷酸酶 1 [dusp1] 和 rna 结合蛋白 [zfp36]) 通常在 tki 耐药细胞中被凝聚。为了验证这些基因在赋予耐药方面的意义, 我们进行了体外体内的逐步分析。通过实时 qpcr (rt-qpcr) 和耐药细胞中的西方印迹证实了这些基因的表达水平。此外, cdna 过度表达和击倒的 shrna 发夹的 c-fos, dusp1 和 zfp36 揭示了升高的 c-fos 和 dusp1 表达是足够和必要的, 以赋予 tki 的抵抗力。因此, 我们仅使用 c-fos 和 dusp1 的小鼠模型进行了体内验证。为了对 c-fos 和 dusp1 进行基因验证, 我们创造了 rosacreert 诱导的 c-fosf函(条件淘汰赛)14 , 并与 dusp1-p/(直接淘汰赛)15交叉, 使 rosacreert2-c-fosfl双转基因 小鼠。在一个菌落形成单元 (cfu), 对表达 bcr-abl1骨髓衍生的 c-kit + 细胞 (来自 c-fos fl/fl/—和 c-fos fusp1-\-) 进行了体外分析, 活体骨髓移植在小鼠体内, 单独或共同检测白血病发展中对 c-fos 和 dusp1 的要求。同样, 用 bcr-abl1 表示, 用 bcr-abl1表达, 用 dfc (二氟姜黄素) 16 和 dusp1 对 c-fos 的化学抑制, 用 bci (苯并二己胺)-2 , 3-二氢-1h-1) 17 在体外和体内进行了测试。来自野生类型 (wt) 鼠标的骨髓衍生的 c-kit+细胞。为了确认白血病干细胞中对 c-fos 和 dusp1 的要求, 我们利用 cml 小鼠模型, 通过多西环素 (tet-转动剂在小鼠干细胞白血病 (scl) 基因 3 ‘ 基因下表达) 在其干细胞中特异性诱导 bcr-abl1章程)18,19。我们在体内移植试验中使用了这些小鼠的骨髓林-sca+c-kit+ (lsk) 细胞。此外, 我们还建立了 phopsho-p38 水平和 il-6 的表达, 分别作为药物动态生物标志物,分别用于 dusp1 和 c-fos 的抑制。最后, 为了扩大这项研究对人类的相关性, 患者衍生的 c-Kit+细胞 (相当于小鼠的 c-kit+细胞) 接受了长期的体外培养细胞检测 (ltcic) 和体内人性化的小鼠模型。cml20,21。免疫缺陷小鼠移植 cml cd34 + 细胞, 其次进行药物治疗和人白血病细胞存活分析。

在这个项目中, 我们开发了使用遗传和化学工具进行目标识别和验证的方法, 使用不同的临床前模型。这些方法可以成功地应用于验证其他目标开发化学模式的治疗发展。

Protocol

所有动物实验都是根据辛辛那提儿童医院医疗中心 (cchmc) 动物护理和使用机构委员会 (iacuc) 的指导方针进行的。人类标本 (正常 bm 和 cml (p210-bcr-abl +) 白血病) 的样本是通过机构审查委员会批准的协议 (机构审查委员会: 全联邦保证 #00002988 辛辛那提儿童医院医疗中心) 获得的;得到 cchmc 和辛辛那提大学的捐助方知情同意。 1. 实时 qpcr 分析 从 rpmi 中生长的 bf3 细胞中分离总…

Representative Results

癌基因成瘾与 tki 的治疗效果有关。然而, 驱动癌基因依赖的机制并不清楚。我们进行了多次无偏见的基因表达分析, 以确定参与策划成瘾的基因成分。这些分析揭示了 c-fos、dusp1 和 zfp36 这三个基因在癌细胞中的上升, 这些基因不依赖于肿瘤信号的生存, 因此对 tki 治疗不敏感。由 shrna 介导的击倒降低 c-fos 和 dusp1 的调节, 足以恢复其他 tki 耐药细胞的药物敏感性。 <p class=…

Discussion

对于大部分癌细胞, 对 tki 的治疗反应是通过阻断肿瘤所依赖的酪氨酸激酶-onco蛋白信号来介导的。然而, 对少数促成 mrd 的癌细胞如何摆脱癌基因依赖和治疗了解相对较少4。最近的研究表明, 生长因子信号介导白血病和实体器官肿瘤的耐药性。这表明, 各种分子机制可能是内在阻力101112 的基础。为了了?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

作者感谢 g. q. dley 为 mscv-bcr-abres-yefp 结构提供了 baf3 和 wehi 细胞和 t. reya。作者感谢 m. carroll 提供了 cml 爆炸危机的病人样本。这项研究得到了 nci (1ro1ca155091)、白血病研究基金会和 v 基金会以及 nhlbi (R21HL114074-01) 向硕士提供的赠款的支持。

Materials

Biological Materials
RPMI Cellgro (corning) 15-040-CV
DMEM Cellgro (corning) 15-013-CV
IMDM Cellgro (corning) 15-016-CVR
RetroNectin Recombinant Human Fibronectin Fragment Takara T100B
MethoCult GF M3434 (Methylcellulose for Mouse CFU) Stem Cell 3434
MethoCult H4434 Classic (Methylcellulose for Human CFU) Stem Cell 4434
4-Hydroxytamoxifen Sigma H6278
Recombinant Murine SCF Prospec CYT-275
Recombinant Murine Flt3-Ligand Prospec CYT-340
Recombinant Murine IL-6 Prospec CYT-350
Recombinant Murine IL-7 Peprotech 217-17
DFC LKT Laboratories Inc. D3420
BCI Chemzon Scientific NZ-06-195
Imatinib LC Laboratory I-5508
Curcumin Sigma 458-37-7
NDGA Sigma 500-38-9
Penn/Strep Cellgro (corning) 30-002-CI
FBS Atlanta biological S11150
Trypsin EDTA 1X Cellgro (corning) 25-052-CI
1XPBS Cellgro (corning) 21-040-CV
L-Glutamine Cellgro (corning) 25-005-CL 5mg/ml stock in water
Puromycin Gibco (life technologies) A11138-03
HEPES Sigma H7006
Na2HPO4.7H2O Sigma S9390
Protamine sulfate Sigma P3369 5mg/ml stock in water
Trypan Blue solution (0.4%) Sigma T8154
DMSO Cellgro (corning) 25-950-CQC
WST-1 Roche 11644807001
0.45uM acro disc filter PALL 2016-10
70um nylon cell stariner Becton Dickinson 352350
FICOL (Histopaque 1083) (polysucrose) Simga 1083
PBS Corning 21040CV
LS Columns Miltenyi 130-042-401
Protease Inhibitor Cocktail Roche CO-RO
Phosphatase Inhibitor Cocktail 2 Sigma P5762
Nitrocullulose Membrane Bio-Rad 1620115
SuperSignal West Dura Extended Duration Substrate ( chemiluminiscence substrate) Thermo Scientific 34075
CD5 eBioscience 13-0051-82
CD11b eBioscience 13-0112-75
CD45R (B220) BD biosciences 553092
CD45.1-FITC eBioscience 11-0453-85
CD45.2-PE eBioscience 12-0454-83
hCD45-FITC BD Biosciences 555482
Anti-Biotin-FITC Miltenyi 130-090-857 
Anti-7-4 eBioscience MA5-16539
Anti-Gr-1 (Ly-6G/c) eBioscience 13-5931-82
Anti-Ter-119 eBioscience 13-5921-75
Ly-6 A/E (Sca1) PE Cy7 BD  558612
CD117 APC  BD  553356
BD Pharm Lyse BD  555899
BD Cytofix/Cytoperm (Fixing and permeabilization solution) BD  554714
BD Perm/Wash  (permeabilization and wash solution for phospho flow) BD  554723
phospho p38 Cell Signaling Technologies 4511S
total p38 Cell Signaling Technologies 9212
Mouse IgG control BD  554121
Alexa Flour 488 conjugated  Invitrogen A-11034
Calcium Chloride Invitrogen K278001
2X HBS Invitrogen K278002
EDTA Ambion AM9261
BSA Sigma A7906
Blood Capillary Tubes Fisher 22-260-950
Blood Collection Tube Giene Bio-One 450480
Newborn Calf Serum Atlanta biological S11295
Erythropoiein Amgen 5513-267-10
human SCF Prospec CYT-255
Human IL-3 Prospec CYT-210
G-SCF Prospec CYT-220
GM-CSF Prospec CYT-221
MyeloCult (media for LTCIC assay) Stem Cell Technologies 5100
Hydrocortisone Sodium Hemisuccinate Stem Cell Technologies 7904
MEM alpha Gibco 12561-056
1/2cc Lo-Dose u-100 insulin syringe 28 G1/2 Becton Dickinson 329461
Mortor pestle Coor tek  60316 and 60317
Isoflorane (Isothesia TM) Butler Schien 29405
SOC New England Biolabs B90920s
Ampicillin Sigma A0166 100mg/ml stock in water
Bacto agar (agar) Difco 214050
Terrific broth Becton Dickinson 243820
Agarose Genemate E-3119-500
Doxycycline chow TestDiet.com 52662 modified RMH1500, Autoclavable 5LK8  with 0.0625% Doxycycline 
Tamoxifen Sigma T5648
Iodonitrotetrazolium chloride  Sigma I10406
Kits
Dneasy Blood & tissue kit Qiagen 69506
GoTaq Green (taq polymerase with Green loadign dye) Promega M1722
miRNeasy Mini Kit  (RNA isolation kit) Qiagen 217084
DNA Free Dnase Kit (DNAse treatment for RT PCR) Ambion, Life Technologies AM1906
Superscript III First Strand Synthesis (reverse transcriptase for cDNA synthesis) Invitrogen 18080051
SYBR Green (taq polymerase mix with green interchalating dye for qPCR) Bio-Rad 1725270
CD117 MicroBead Kit Miltenyi 130-091-224
Human Long-Term Culture Initiating Cell Assay Stemp Cell Technologies
Instruments
NAPCO series 8000 WJ CO2 incubator Thermo scientific
Swing bucket rotor cetrifuge 5810R Eppendorf
TC-10 automated cell counter Bio-RAD
C-1000 Thermal cycler Bio-RAD
Mastercycler Real Plex 2 Eppendorf
ChemiDoc Imaging System (imaging system for gels and western blots) Bio-RAD 17001401
Hemavet ( boold counter) Drew-Scientific
LSR II ( FACS analyzer) BD 
Fortessa I ( FACS analyzer) BD 
FACSAriaII ( FACS Sorter) BD 
Magnet Stand Miltenyi
Irradiator  J.L. Shepherd and Associates, San Fernando CA Mark I Model 68A source Cs 137
Mice
ROSACreERT2 Jackson Laboratory
Scl-tTA  Dr. Claudia Huettner’s lab
BoyJ  mouse core facility at CCHMC
C57Bl/6  Jackson Laboratory
NSGS mouse core facility at CCHMC
ROSACreERT2/c-Fosfl/fl Dusp1-/-  Made in house
ROSACreERT2/c-Fosfl/fl Made in house
Cells
BaF3 Gift from George Daley, Harvard Medical School, Boston
WEHI Gift from George Daley, Harvard Medical School, Boston
CML-CD34+ and Normal CD34+ cells University Hospital, University of Cincinnati

Referências

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check_url/pt/58194?article_type=t

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Citar este artigo
Kesarwani, M., Kincaid, Z., Azam, M. Methods for Evaluating the Role of c-Fos and Dusp1 in Oncogene Dependence. J. Vis. Exp. (143), e58194, doi:10.3791/58194 (2019).

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