TIGAR通過ROS/AMPK/SCD1途徑驅(qū)動結(jié)直腸癌鐵死亡抗性

欄目:最新研究動態(tài) 發(fā)布時(shí)間:2022-04-08
TIGAR敲除顯著降低了GSH/GSSG比率,增加了脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)生,促進(jìn)了脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)的積累,并使CRC細(xì)胞......


結(jié)直腸癌(CRC)是世界上第三常見的惡性腫瘤,也是癌癥死亡的主要原因。鐵死亡是最近發(fā)現(xiàn)的一種調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡。越來越多的證據(jù)表明,鐵死亡在癌癥的發(fā)生和發(fā)展中起著重要的調(diào)節(jié)作用。本研究確定TIGARCRC發(fā)展過程中抗鐵死亡的潛在調(diào)節(jié)因子。我們發(fā)現(xiàn)TIGAR在結(jié)腸癌組織中的表達(dá)明顯高于癌旁正常組織。TIGAR敲除顯著增加了erastin誘導(dǎo)的SW620HCT116細(xì)胞鐵死亡。值得注意的是,TIGAR敲除顯著降低了GSH/GSSG比率,增加了脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)生,促進(jìn)了脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)的積累,并使CRC細(xì)胞對erastin誘導(dǎo)的鐵死亡更加敏感。此外,TIGAR抑制以氧化還原和AMPK依賴的方式抑制SCD1的表達(dá)。因此,這些結(jié)果表明TIGAR通過ROS/AMPK/SCD1信號通路誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞的鐵死亡抗性。本文于20223月發(fā)表于“Free Radical Biology And Medicine”(IF= 7.376)上。

技術(shù)路線


結(jié)果

1TIGAR在結(jié)腸癌中高表達(dá)

我們首先分析了TIGAR在不同細(xì)胞和非腫瘤組織中的表達(dá)模式。應(yīng)用TNMplot分析TIGAR在不同腫瘤類型TCGA中的表達(dá)狀態(tài)。如圖1A所示,TIGAR在乳腺、結(jié)腸、肝臟、肺、胃、前列腺、皮膚、腎臟等腫瘤組織中的表達(dá)水平高于相應(yīng)的鄰近正常組織。接下來,從TCGA數(shù)據(jù)庫中研究TIGAR在結(jié)腸癌組織中的表達(dá)。如圖1B所示,未配對和配對分析均表明,與相鄰正常組相比,結(jié)腸癌腫瘤組織中TIGAR mRNA表達(dá)上調(diào),以及TCGA數(shù)據(jù)庫中各個(gè)癌癥階段的TIGAR mRNA表達(dá)上調(diào)。UALCANCPTAC數(shù)據(jù)集的結(jié)果顯示,結(jié)腸癌原發(fā)組織中TIGAR總蛋白的表達(dá)高于癌旁正常組織(圖1B)。此外,我們還檢測了一組結(jié)腸癌細(xì)胞中TIGARmRNA和蛋白。與正常結(jié)直腸細(xì)胞系NCM460相比,SW620、HCT116DLD1細(xì)胞中TIGAR mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)上調(diào)(圖1CD)??傊?span style="background: yellow;">這些數(shù)據(jù)表明TIGARCRC的進(jìn)展中起著關(guān)鍵作用。


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)鐵死亡與CRC的發(fā)展有關(guān)

我們研究了478COAD患者TIGAR的生物學(xué)功能?;蚣患治觯?/span>GSEA)表明,許多與TIGAR相關(guān)的基因位于鐵死亡、氧化磷酸化和脂肪酸代謝中(NES>1.8, FDR<0.05)。(圖2A)。在這項(xiàng)研究中,我們分析了在結(jié)腸癌組織和正常鄰近組織中調(diào)節(jié)鐵死亡的關(guān)鍵基因的差異表達(dá)。結(jié)果表明,TCGA數(shù)據(jù)庫中22個(gè)基因在結(jié)腸癌組織和正常癌旁組織中的表達(dá)存在顯著差異。熱圖分析結(jié)果顯示,LPCAT3ACO1IREB2、NCOA4HMOX1在結(jié)腸癌細(xì)胞中下調(diào)(圖2B)。而SLC3A2GPX4在結(jié)腸癌細(xì)胞中上調(diào)(圖2B)。此外,我們在TCGA數(shù)據(jù)庫中使用UALCAN對鐵死亡的關(guān)鍵基因進(jìn)行分類,并分析其在CRC組織和正常相鄰組織中的表達(dá)情況。結(jié)果顯示,與正常鄰近組織相比,CRC組織中SLC7A11GPX4、ACSL4TFRCSLC11A2表達(dá)上調(diào),而HMOX1、LPCAT3、ALOX12SLC40A1表達(dá)下調(diào)(2C)。所有這些都表明,很多與鐵死亡相關(guān)的基因在結(jié)腸癌組織中異常表達(dá)。


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鐵死亡誘導(dǎo)劑erastin對結(jié)腸癌細(xì)胞活力的影響

為了確定erastin在結(jié)腸癌細(xì)胞活力中的作用,我們首先在五種結(jié)腸癌細(xì)胞系DLD1、HT29、HCT116SW480SW620中測量了erastin對細(xì)胞活力的影響。我們發(fā)現(xiàn)erastin以劑量相關(guān)的方式抑制細(xì)胞增殖(圖3A)。為了進(jìn)一步證實(shí)erastin對結(jié)腸癌細(xì)胞活力的影響,選擇2μM erastin處理不同的結(jié)腸癌細(xì)胞。HT29SW4802μM erastin處理的erastin誘導(dǎo)的鐵死亡高度敏感;DLD1HCT116SW620對經(jīng)2μM erastin處理的鐵死亡具有抵抗力(圖3B)。由于SW620和HCT116細(xì)胞在所測試的CRC細(xì)胞系中具有最高水平的TIGAR,因此在以下實(shí)驗(yàn)中選擇了HCT116和SW620細(xì)胞。這些數(shù)據(jù)表明TIGAR可能與HCT116和SW620細(xì)胞的鐵死亡抗性有關(guān)。


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TIGAR敲除增強(qiáng)erastin誘導(dǎo)的SW620HCT116細(xì)胞死亡

盡管TIGAR在氧化還原和代謝調(diào)節(jié)中起著重要作用,但對于TIGAR在結(jié)腸癌細(xì)胞中的抗鐵死亡性知之甚少。為了探討TIGAR對結(jié)腸癌細(xì)胞鐵死亡的影響,在HCT116SW620細(xì)胞中用shRNA#1#2敲除TIGARRT-qPCRwestern blot證實(shí),在HCT116SW620細(xì)胞中,TIGARmRNA(圖4A)和蛋白質(zhì)(圖4B)表達(dá)顯著下調(diào)。為了研究TIGAR在結(jié)腸癌細(xì)胞鐵死亡中的作用,用MTS法和細(xì)胞死亡法對HCT116SW620細(xì)胞的細(xì)胞活力和細(xì)胞死亡進(jìn)行了評估。HCT116SW620細(xì)胞用鐵死亡誘導(dǎo)劑erastin和鐵死亡抑制劑ferrostatin-1處理24小時(shí)。如圖4C所示,TIGAR的敲除顯著增加了erastin誘導(dǎo)的生長抑制,這種效應(yīng)可通過HCT116SW620細(xì)胞中的ferrostatin-1逆轉(zhuǎn)。類似地,erastin治療增加了TIGAR敲除的HCT116SW620細(xì)胞的細(xì)胞死亡,ferrostatin-1治療逆轉(zhuǎn)了TIGAR敲除的HCT116SW620細(xì)胞的細(xì)胞死亡水平(圖4D)。這些結(jié)果表明,TIGAR敲除增加了HCT116SW620細(xì)胞對鐵死亡的敏感性,TIGAR是鐵死亡的潛在負(fù)調(diào)節(jié)因子。


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TIGAR敲除促進(jìn)HCT116SW620細(xì)胞的鐵死亡

脂質(zhì)過氧化和鐵積累是鐵死亡的兩個(gè)主要生化特征。C11-BODIPY染色流式細(xì)胞術(shù)檢測脂質(zhì)過氧化。如圖5A所示,shTIGAR#1#2TIGAR的敲除顯著降低了經(jīng)erastin處理的HCT116SW620細(xì)胞中的GSH/GSSG比率。此外,我們還進(jìn)一步研究了TIGAR敲除對脂質(zhì)過氧化和脂質(zhì)過氧化終產(chǎn)物丙二醛(MDA)的影響。結(jié)果顯示,shTIGAR#1#2TIGAR的敲除顯著增加了HCT116SW620細(xì)胞的脂質(zhì)過氧化和MDA水平(圖5BC)。有趣的是,在TIGAR敲除細(xì)胞中,鐵的相對水平?jīng)]有明顯變化(圖5D)。結(jié)果提示TIGAR敲除可誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞鐵死亡。

 

 

 

6TIGAR敲除以ROS/AMPK依賴的方式抑制SCD1的表達(dá)

AMPK是細(xì)胞能量水平的關(guān)鍵傳感器,協(xié)調(diào)多種代謝途徑以維持能量平衡,包括脂質(zhì)代謝。為了進(jìn)一步確定TIGAR在脂質(zhì)過氧化中的作用機(jī)制,我們研究了TIGARAMPK信號通路的影響。如圖6A所示,在HCT116SW620細(xì)胞中,TIGAR的敲除顯著誘導(dǎo)AMPK的激活和SCD1表達(dá)的下調(diào)。為了了解AMPK信號通路的潛在作用,將AMPK抑制劑化合物C用于HCT116SW620細(xì)胞。TIGAR敲除導(dǎo)致SCD1蛋白表達(dá)降低,而SCD1的蛋白表達(dá)隨著化合物C的處理而增加(圖6B)。化合物C的處理顯著增加了TIGAR敲除HCT116SW620細(xì)胞的細(xì)胞活力(圖6C)。這些結(jié)果表明,敲除TIGAR可以以AMPK依賴的方式抑制SCD1的表達(dá),從而促進(jìn)鐵死亡。

 

  

  

7TIGAR敲除以氧化還原依賴的方式抑制SCD1的表達(dá)

在以前的研究中,TIGAR顯示出強(qiáng)大的抗氧化作用,并顯著降低細(xì)胞內(nèi)的ROS水平。用DCFH-DADHR123流式細(xì)胞術(shù)觀察活性氧。在erastin治療后,TIGAR敲除增加了ROS水平(圖7A)。為了進(jìn)一步證明TIGAR通過活性氧影響鐵死亡,我們在HCT116SW620細(xì)胞中添加了抗氧化劑NAC。在HCT116SW620細(xì)胞中,TIGAR敲除導(dǎo)致SCD1的減少和p-AMPK蛋白表達(dá)的增加,而NAC處理使SCD1的蛋白表達(dá)增加,p-AMPK的蛋白表達(dá)降低(圖7B)。NAC治療顯著降低了TIGAR敲除的HCT116SW620細(xì)胞的細(xì)胞死亡(圖7C)。這些結(jié)果表明TIGAR通過ROS/AMPK調(diào)節(jié)增強(qiáng)了結(jié)腸癌細(xì)胞對鐵死亡的抵抗力。


結(jié)論:
我們的工作揭示了TIGAR抑制結(jié)腸癌細(xì)胞鐵死亡的調(diào)節(jié)機(jī)制。結(jié)腸癌細(xì)胞中TIGAR的缺失通過增加ROS產(chǎn)生和促進(jìn)ROS/AMPK介導(dǎo)的SCD1下調(diào)表達(dá)促進(jìn)脂質(zhì)過氧化。因此,靶向TIGAR可能是一種潛在的基于鐵死亡的結(jié)腸癌的治療方法。


參考文獻(xiàn):

Liu MY, Li HM, Wang XY, Xia R, Li X, Ma YJ, Wang M, Zhang HS. TIGAR drives colorectal cancer ferroptosis resistance through ROS/AMPK/SCD1 pathway. Free Radic Biol Med. 2022 Mar 7;182:219-231. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2022.03.002.