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hTERT 永生化 RPE 細胞中的早期衰老轉錄程序新發現

2022-03-12 10:03:30

MYCN是神經嵴衍生的神經母細胞瘤和髓母細胞瘤中的致癌驅動因素。為了更好地了解MYCN激活在神經嵴系背景下的早期影響,我們對具有誘導性MYCN激活的永生化人類視網膜色素上皮細胞的轉錄組進行了分析。在MYCN激活24小時后,與MYC/MYCN活性升高有關的基因特征被誘導出來,這種現象在以后的時間點上會減弱但持續。出乎意料的是,MYCN的激活伴隨著細胞生長的減少。基因集富集分析顯示了一個類似于衰老的特征,強烈誘導p53和p21,但沒有衰老的典型標志,如β-半乳糖苷酶陽性,表明細胞命運承諾不完整。當仔細研究這種生長衰減的推測驅動因素時,差異基因表達分析確定了幾個細胞核壓力的調節器。這一過程也反映在表型上,如細胞質顆粒的增加和核小體的凝聚。因此,我們提出,MYCN的誘導使翻譯機制充血,造成核極壓力,并促使細胞進入短暫的前青春期狀態。我們的研究結果對MYCN激活誘導的早期事件有了新的認識,并可能有助于解開細胞在早期惡性轉化過程中容忍不定期的MYCN過表達需要哪些因素。


 


結論


正常細胞有嚴格調控的信號通路,以保護其免受諸如不定期的致癌基因誘導的傷害。了解主要的致癌驅動因素(如MYCN)在腫瘤發生過程中如何激活和繞過這些途徑,為開發新的治療策略提供了洞察力。因此,我們探索了使用永生的神經嵴衍生的視網膜色素(RPE)細胞來研究MYCN激活的早期影響。


出乎意料的是,在MYCN激活后,我們觀察到細胞生長減弱,而細胞凋亡沒有明顯增加,但p53和p21有明顯的誘導作用。增殖減弱還伴隨著G1期細胞數量的增加和先前報道的幾種衰老誘導基因特征的誘導。雖然我們觀察到LMNB1的強烈下調,但其他衰老標志(如β-半乳糖苷酶活性和SAHFs)并不存在,這表明細胞沒有經歷完全的衰老。我們還注意到MYCN激活后CDK2的轉錄逐漸下調。CDK2以前被證明是避免MYC誘導的MEFs衰老所必需的,并且需要持續的p21和p16誘導13。在MYCN-ON細胞中缺乏強烈的p16誘導,這可能說明我們的模型中缺乏全面的衰老誘導。在MYCN激活過程中p21、p16和CDK2的確切作用和相互作用還有待探討,例如通過CDK2敲除和過表達來進一步澄清CDK2在我們的模型系統中與p16和p21在MYCN誘導的動態表型變化中的作用。


值得注意的是,MYCN-ON細胞確實表現出明顯的表型變化,包括核小體凝聚和細胞質顆粒化,這與核糖體生物生成上調的轉錄證據相一致。在MYCN活性增加時,核小體的擴大和突出以前就有記載26,但我們現在將其與轉錄和表型的轉換聯系起來。我們提出,核糖體生物生成和隨之而來的核小體壓力促使細胞進入我們提出的代表青春期前狀態。事實上,已知核糖體生物發生紊亂和核極壓力驅動衰老細胞的核極凝聚27,28,29,30,并且在早衰癥細胞中觀察到核極擴張,這是翻譯吞吐量(核糖體生物發生和蛋白質合成)增加的結果31。這可以通過敲除LMNA和過量表達早衰素來模擬,這表明層析網絡對核小體可塑性的普遍影響。因此,我們有理由推測,層析蛋白B1的缺失可能也是這個過程的上游。

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眾所周知,腫瘤基因的激活(如MYCN)會誘發核糖體生物生成的改變,并激活IRBC(核糖體生物生成受損檢查點),因為核糖體蛋白與MDM2的中心酸性結構域相互作用,并間接促進p5327的穩定。有趣的是,MYCN與神經母細胞瘤細胞中RPL(大核糖體蛋白)和RPS(小核糖體蛋白)蛋白的上調有關20。根據我們的觀察,我們設想在RPE1-MYCN-ER細胞中由MYCN激活引發的類似衰老的反應反映了對致癌刺激的動態反應。耐人尋味的是,盡管MYCN-ON細胞強有力地誘導了CDKN1A,但既沒有觀察到細胞凋亡,也沒有觀察到完全的生長停滯,細胞繼續生長,盡管更慢。在這種情況下,發現了一個所謂的p21水平的 "Goldilocks "區,以控制藥物治療后的增殖-衰老的細胞命運決定32。延遲或急性藥物誘導的p21反應都會導致衰老,而中間的p21脈沖則使細胞持續增殖。因此,我們在MYCN-ON細胞中看到的細胞周期依賴性p21過沖可能反映了啟動細胞周期停滯的嘗試,但由于強度不足或時機不當,這種嘗試并不完全成功。


總之,我們已經確定了一個短暫的、青春期前的狀態是對不定期的MYCN激活的早期反應。進一步的研究,包括該模型的活細胞成像和MYC(N)轉基因動物腫瘤模型中早期出現的增生性病變的體內單細胞分析,可以進一步闡明基因活動和細胞過程的動態變化,使這些細胞能夠應對早期惡性轉化期間的壓力。這些見解也可以為MYC(N)驅動的惡性腫瘤的關鍵依賴性和途徑提供指導,作為新的藥物靶點,其中許多惡性腫瘤目前仍與生存率低有關。


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