LncRNA新發現——HAND2-AS1促進肝癌干細胞的自我更新
欄目:最新研究動態 發布時間:2019-10-11
關于癌癥的研究一直是熱門,隨著技術的不斷發展,研究者們已從各種發面針對癌癥展開了研究......

關于癌癥的研究一直是熱門,隨著技術的不斷發展,研究者們已從各種方面針對癌癥展開了研究。近期,一篇名為“LncRNA HAND2-AS1 promotes liver cancer stem cell self-renewal via BMP signaling”的文章在雜志 The EMBO JOURNAL上發表。
這項研究證明了HAND2-AS1促進肝臟CSCs的自我更新,促進肝臟腫瘤的發生,可能成為肝癌診斷的潛在生物標志物和HCC治療的靶點,為如何開發針對腫瘤的長效治療手段提供了新思路。

說明: IMG_256

摘要:
肝細胞性肝癌(HCC)是最常見的肝癌,具有高復發率和異質性的特點。肝癌干細胞(CSCs)可能對這兩種病理特性都有很大貢獻,但對其自我更新維持的內在機制卻知之甚少。在這里,我們鑒定了一種稱為HAND2-AS1的長非編碼RNA(LncRNA),它在肝臟CSCs中高度表達。人HAND2-AS1及其小鼠同源物lncHand2具有較高的保守性。HAND2-AS1是肝臟CSC自我更新維持以啟動HCC的發展所必需的。從機制上講,HAND2-AS1將INO80染色質重塑復合體招募到BMPR1A啟動子上,從而誘導其表達并導致BMP信號傳導的激活。重要的是,通過反義寡核苷酸(ASOS)干擾HAND2-AS1的表達和通過siRNAs干擾BMPR1A的表達對人源化肝癌模型具有協同抗腫瘤作用。此外,敲除小鼠肝細胞中的lncHand2或BMPR1A可破壞BMP信號傳導,并抑制肝癌的發生。我們的研究結果表明,HAND2-AS1促進肝臟CSCs的自我更新,并推動肝臟腫瘤的發生,為HCC治療提供了一個潛在的新靶點。

技術路線:

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結果:
1.HAND2-AS1在肝臟CSCs中的表達明顯增加
研究者們通過芯片分析挑選了在10種CSC中上調最明顯的lncRNA(圖1A。選擇lncRNA HAND2-AS1為此次研究的目標,并利用原位雜交證實其在肝癌組織中高表達(圖1B
2.HAND2-AS1缺乏對化學誘導的HCC發展的保護作用
研究者們通過將lncHand2flox/flox小鼠與白蛋白(Alb)-Cre小鼠雜交,有條件地刪除了肝細胞lncHand2。在LncHand2+/+和LncHand2基因敲除(LncHand2-/-)小鼠中使用二乙基胺(DEN)化學誘導腫瘤形成(圖1C圖E圖F為兩組小鼠肝臟的HE染色結果和Ki67檢測結果。研究者發現lncHand2-RFP肝細胞主要存在于中心靜脈周圍(,在DEN治療后,lncHand2-RFP陽性細胞從中心靜脈擴散到整個肝臟(圖1F
綜上所述,HAND2-AS1促進化學誘導的肝癌發展。

說明: F1


3.HAND2-AS1是肝臟CSC自我更新維護所必需的
HAND2-AS1缺失顯著降低了HCC細胞系(圖2A和原發腫瘤細胞的初級(1)、次級(2)和第三(3)腫瘤圈形成,HAND2-AS1(Oelnc)的過表達挽救了因HAND2-AS1缺失而減少的球體形成。HAND2-AS1敲除顯著降低CD13+CD133+細胞的比例(CSCs;圖2B)。對不同癌細胞群進行極端極限稀釋,然后將一系列腫瘤移植到免疫缺陷小鼠中,以測量它們形成繼發性腫瘤的能力。HAND2-AS1缺乏會損害移植后繼發性腫瘤的改建能力(圖2C和D,這種差異在連續移植中增加(圖2E和F圖2G為首次移植后不同組群抽搐的估計頻率。將抗Hand 2-AS1的sgRNAs導入含熒光素酶載體的Huh 7細胞(Huh7-Luc)中 ,HAND2-AS1缺失顯著降低了異種移植物的原位生長,顯著抑制了生物發光(圖H,I。研究者還使用反義寡核苷酸(ASOS)沉默HAND2-AS1的表達。三種不同的ASO有效地阻斷了肝臟HAND2-AS1的表達,但不能阻斷ASO的擾亂對照(圖2J,此外,HAND2-AS1 ASOS給藥顯著降低了腫瘤的生長(圖2K。HAND2-AS1的過表達顯著增加了腫瘤圈的形成(圖2L圖M,N為在一系列有限稀釋法移植過程中HAND2-AS1過表達和對照HCC細胞中TIC的估計頻率。HAND2-AS1的過表達顯著增強了Huh7-Luc(圖2O和2P。這些數據表明HAND2-AS1在肝臟CSC的自我更新維持中起著關鍵作用。

說明: F2

4.HAND2-AS1招募INO80復合物和INO80敲除抑制肝癌的發展
研究者們通過RNA下拉試驗尋找潛在的HAND2-AS1結合蛋白。HAND2-AS1相關的INO80復合物的INO80和RUVBL2亞基與肝臟CSC相關(圖3A。Western blotting(圖3B和原代肝細胞中RNA結合蛋白的綜合鑒定(圖3C證實了它們的相互作用。HAND 2-AS1與INO 80共定位于HCC腫瘤細胞的細胞核中(圖3D圖E為HAND 2-AS1的INO 80結合區的定位分析,用RNA電遷移率變化法(EMSA;圖3F和G)進一步證實HAND 2-AS1片段與INO 80的結合。圖H為用RNA下拉試驗檢測INO 80與HAND 2-AS1突變在第2外顯子NT 83-242處的相互作用區域的結果。
為進一步確定INO 80在肝癌發生發展中的作用,研究者們用shRNAs方法使肝癌原發細胞中INO 80的表達減弱,INO 80缺乏對異種移植物的原位生長有明顯的抑制作用,對生物發光有明顯的抑制作用(圖3i和J。INO80基因敲除顯著降低了化學誘導的肝腫瘤生長和數量(圖3K。這些數據表明,INO 80促進了肝臟癌的發生和腫瘤的發展。

說明: F3

5.HAND2-AS1將INO80復合物招募到BMPR1A啟動子上啟動其表達和BMP信號轉導
為了鑒定HAND2-AS1的靶點,研究者們建立了HAND2-AS1和INO80耗竭的HCC原代CSC細胞,并進行了轉錄組芯片分析。HAND2-AS1和INO80的缺乏表現出相似的轉錄組模式(圖4A,表明HAND2-AS1和INO80之間存在功能關系。GO分析顯示當HAND2-AS1和INO80都被耗盡時,BMP信號傳導中的靶基因被顯著抑制(q值=0.0003;圖4B),表明BMP信號傳導參與了肝臟CSC的調節。
為了研究HAND2-AS1的基因組結合區,用RNA純化(ChIRP)-seq技術對肝癌腫瘤球細胞和來自HCC原發腫瘤樣本的肝臟CSC中對HAND2-AS1進行染色質分離。與LacZ對照組相比,HAND 2-AS1在肝癌腫瘤球細胞中有顯著的富集峰(圖4C。ChIRPseq數據顯示HAND2AS1可以結合基因組中的不同位點(圖4D。分析BMP信號的ChiRP-seq基因,發現HAND2-AS1 RNA在BMPR1A、SMAD1和SMAD9基因座上富集(圖4E圖F為肝臟CSCs中HAND2-AS1 RNA結合BMPR1A啟動子的凝膠分析結果(LacZ和PVT1作為陰性對照)。
此外,HAND 2-AS1缺失抑制了BMPR1A的表達和BMP信號的激活(圖4G圖4H為BMPR1A與對照組和HAND2-AS1-敲除肝臟CSC中INO80復合物的相互作用的ChIRP免疫印跡分析結果。EMSA顯示HAND2-AS1與INO80和BMPR1A啟動子區域形成復合物(圖4I,而INO80和HAND2-AS1的過表達并沒有增強BMPR1A啟動子缺失的肝細胞中BMPR1A的表達(圖4J),INNO80缺乏顯著抑制BMP信號(圖4K。綜上所述,這些數據表明,HAND 2-AS1在BMPR1A啟動子上激活INO 80復合物,啟動其表達并激活BMP信號。

說明: F4

6.BMPR1A通過BMP信號通路促進肝臟CSCs自我更新
研究者們根據前人的研究數據分析了BMPR1A在HCC腫瘤和癌周組織中的表達——BMPR1A在肝癌中高表達(圖5A,同時BMPR1A也是肝癌的理想預后預測指標(圖5B,免疫組化進一步證實其在肝癌組織中的高表達(圖5C。在HCC原代細胞中沉默BMPR1A并建立穩定沉默的細胞系,可以觀察到BMPR1A耗竭顯著抑制了球體的形成和腫瘤的啟動能力(圖5D和E,BMPR1A耗盡顯著減少腫瘤Huh7-Luc,顯著抑制生物發光(圖5F和G。通過CRISPR/Cas9介導的基因編輯在體內產生BMPR1A基因敲除小鼠,與WT相比較,Bmpr1a缺失降低了DNE治療后的肝癌形成能力(圖5H圖I為10個月大DEN治療的WT和Bmpr1a-/l-小鼠肝臟切片中的代表性H&E和Ki67抗體免疫組織學染色結果。BMP抑制劑顯著地減少了腫瘤層的形成(圖5J。由這些數據可以看出,Bmpr1A通過BMP信號通路促進肝CSC自我更新和肝癌的發展。

說明: F5

7.HAND2-AS1的Asos和抗BMPR1A的siRNAs對人源化肝癌模型具有協同抗腫瘤作用
為了研究HAND 2-AS1缺失在肝癌治療中的作用,研究者們使用Huh7-Luc和PDX模型,重新描述了人肝癌的復雜性和表型異質性(圖6A圖6B為ASO/siRNA治療時間表圖示。與載體治療組相比,添加ASOs的HAND2-AS1或針對BMPR1A的siRNAs可抑制腫瘤生長和腫瘤數量(圖6C-F,用加擾RNA處理HAND2-AS1的ASO和/或針對BMPR1A的siRNAs獲得了與載體處理組相似的結果(圖6C和D。HAND2-AS1 ASO和BMPR1A siRNAs的組合對人源化HCC模型顯示了協同治療作用(圖6C-F。HAND 2-AS1 Asos和BMPR1A siRNAs顯著抑制異種移植物細胞增殖(圖6G以及HAND 2-AS1和BMPR1A的表達(圖6H。與載體處理組相比,HAND2-AS1 ASO和BMPR1A siRNAs處理延長了存活率(圖6I和J。綜上可知,靶向HAND 2-AS1和BMPR1A對人源化肝癌模型具有協同抗腫瘤作用。

說明: F6


結論:
這項研究證明了HAND2-AS1的ASOS與針對BMPR1A的siRNAs結合可以顯著降低腫瘤的生長,從而提高PDX肝癌模型的整體生存率。此外,僅應用ASOS對HAND2-AS1具有強大的抗腫瘤活性,表明ASOS靶向lncRNAs可能是肝細胞癌的潛在治療靶點。然而,如何將基于RNA的寡核苷酸有效地傳遞到腫瘤中,并保持對腫瘤的長效作用,仍然需要腫瘤生物學領域的深入研究。綜上所述,HAND2-AS1促進肝臟CSCs的自我更新,促進肝臟腫瘤的發生,可能成為肝癌診斷的潛在生物標志物和HCC治療的靶點。

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