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hTERT 永生化 RPE 细胞中的早期衰老转录程序新发现

2022-03-12 10:03:30

MYCN是神经嵴衍生的神经母细胞瘤和髓母细胞瘤中的致癌驱动因素。为了更好地了解MYCN激活在神经嵴系背景下的早期影响,我们对具有诱导性MYCN激活的永生化人类视网膜色素上皮细胞的转录组进行了分析。在MYCN激活24小时后,与MYC/MYCN活性升高有关的基因特征被诱导出来,这种现象在以后的时间点上会减弱但持续。出乎意料的是,MYCN的激活伴随着细胞生长的减少。基因集富集分析显示了一个类似于衰老的特征,强烈诱导p53和p21,但没有衰老的典型标志,如β-半乳糖苷酶阳性,表明细胞命运承诺不完整。当仔细研究这种生长衰减的推测驱动因素时,差异基因表达分析确定了几个细胞核压力的调节器。这一过程也反映在表型上,如细胞质颗粒的增加和核小体的凝聚。因此,我们提出,MYCN的诱导使翻译机制充血,造成核极压力,并促使细胞进入短暂的前青春期状态。我们的研究结果对MYCN激活诱导的早期事件有了新的认识,并可能有助于解开细胞在早期恶性转化过程中容忍不定期的MYCN过表达需要哪些因素。


 


结论


正常细胞有严格调控的信号通路,以保护其免受诸如不定期的致癌基因诱导的伤害。了解主要的致癌驱动因素(如MYCN)在肿瘤发生过程中如何激活和绕过这些途径,为开发新的治疗策略提供了洞察力。因此,我们探索了使用永生的神经嵴衍生的视网膜色素(RPE)细胞来研究MYCN激活的早期影响。


出乎意料的是,在MYCN激活后,我们观察到细胞生长减弱,而细胞凋亡没有明显增加,但p53和p21有明显的诱导作用。增殖减弱还伴随着G1期细胞数量的增加和先前报道的几种衰老诱导基因特征的诱导。虽然我们观察到LMNB1的强烈下调,但其他衰老标志(如β-半乳糖苷酶活性和SAHFs)并不存在,这表明细胞没有经历完全的衰老。我们还注意到MYCN激活后CDK2的转录逐渐下调。CDK2以前被证明是避免MYC诱导的MEFs衰老所必需的,并且需要持续的p21和p16诱导13。在MYCN-ON细胞中缺乏强烈的p16诱导,这可能说明我们的模型中缺乏全面的衰老诱导。在MYCN激活过程中p21、p16和CDK2的确切作用和相互作用还有待探讨,例如通过CDK2敲除和过表达来进一步澄清CDK2在我们的模型系统中与p16和p21在MYCN诱导的动态表型变化中的作用。


值得注意的是,MYCN-ON细胞确实表现出明显的表型变化,包括核小体凝聚和细胞质颗粒化,这与核糖体生物生成上调的转录证据相一致。在MYCN活性增加时,核小体的扩大和突出以前就有记载26,但我们现在将其与转录和表型的转换联系起来。我们提出,核糖体生物生成和随之而来的核小体压力促使细胞进入我们提出的代表青春期前状态。事实上,已知核糖体生物发生紊乱和核极压力驱动衰老细胞的核极凝聚27,28,29,30,并且在早衰症细胞中观察到核极扩张,这是翻译吞吐量(核糖体生物发生和蛋白质合成)增加的结果31。这可以通过敲除LMNA和过量表达早衰素来模拟,这表明层析网络对核小体可塑性的普遍影响。因此,我们有理由推测,层析蛋白B1的缺失可能也是这个过程的上游。

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众所周知,肿瘤基因的激活(如MYCN)会诱发核糖体生物生成的改变,并激活IRBC(核糖体生物生成受损检查点),因为核糖体蛋白与MDM2的中心酸性结构域相互作用,并间接促进p5327的稳定。有趣的是,MYCN与神经母细胞瘤细胞中RPL(大核糖体蛋白)和RPS(小核糖体蛋白)蛋白的上调有关20。根据我们的观察,我们设想在RPE1-MYCN-ER细胞中由MYCN激活引发的类似衰老的反应反映了对致癌刺激的动态反应。耐人寻味的是,尽管MYCN-ON细胞强有力地诱导了CDKN1A,但既没有观察到细胞凋亡,也没有观察到完全的生长停滞,细胞继续生长,尽管更慢。在这种情况下,发现了一个所谓的p21水平的 "Goldilocks "区,以控制药物治疗后的增殖-衰老的细胞命运决定32。延迟或急性药物诱导的p21反应都会导致衰老,而中间的p21脉冲则使细胞持续增殖。因此,我们在MYCN-ON细胞中看到的细胞周期依赖性p21过冲可能反映了启动细胞周期停滞的尝试,但由于强度不足或时机不当,这种尝试并不完全成功。


总之,我们已经确定了一个短暂的、青春期前的状态是对不定期的MYCN激活的早期反应。进一步的研究,包括该模型的活细胞成像和MYC(N)转基因动物肿瘤模型中早期出现的增生性病变的体内单细胞分析,可以进一步阐明基因活动和细胞过程的动态变化,使这些细胞能够应对早期恶性转化期间的压力。这些见解也可以为MYC(N)驱动的恶性肿瘤的关键依赖性和途径提供指导,作为新的药物靶点,其中许多恶性肿瘤目前仍与生存率低有关。


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