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低氧诱导USP13通过增强Toll样受体TLR4/MyD88/NF-kB通路促进肝癌细胞肿瘤生长和转移

2023-08-26 00:10 作者:安提海拉生物  | 我要投稿

写在前面

        今天推荐的是由浙江省人民医院肿瘤分子诊断与个体化医学浙江省重点实验室在2020年8月19日发表于Frontiers in Cell and Developmental Biology (2020IF:6.684,JCR Q1)的一篇文章,通讯作者是Kangsheng Tu教授,研究表明低氧诱导USP13通过增强Toll样受体TLR4/MyD88/NF-kB通路促进肝癌细胞肿瘤生长和转移。

研究背景

        作者通过qRT-PCR和免疫组织化学分析显示USP13在HCC组织中的表达高于在非肿瘤肝组织中的表达。此外,与LO2细胞相比,在HCC细胞(SK-HEP-1、HepG2、Huh7和Hep3B)中检测到USP13的表达升高。有趣的是,USP13的阳性染色与肿瘤大小和晚期肿瘤分期密切相关,并显着降低了HCC患者的存活率。USP13敲低还显着降低了Hep3B和Huh7细胞的增殖、上皮间质转化 (EMT)、迁移和侵袭,而USP13过表达增强了HepG2和LO2细胞的这些生物学行为。USP13的沉默显着抑制了体内HCC细胞的生长和肺转移。从机制上讲,USP13敲低显着抑制了HCC细胞中的TLR4/MyD88/NF-kB通路。USP13与TLR4相互作用并抑制泛素介导的TLR4降解。另一方面,TLR4的重新表达显着逆转了USP13敲低对HCC细胞的影响。USP13表达在缺氧条件下在HCC细胞中显着上调。USP13敲低还抑制了HCC细胞中缺氧诱导的TLR4/MyD88/NF-kB通路激活。总之,作者的研究发现缺氧诱导的USP13通过增强TLR4去泛素化并随后激活TLR4/MyD88/NF-kB通路促进HCC进展。

摘要部分

        在这里,作者发现USP13与细胞中的Aurora B相关并使其稳定,尤其是在它们进入有丝分裂之前。为了使USP13对Aurora B发挥稳定作用,Aurora B介导的USP13在丝氨酸114处的磷酸化促进了它们的结合。此外,作者报告指出SP13以非催化的方式使Aurora B去泛素化并保护它不被降解,对USP13的细胞水平/活性进行遗传或化学调控会影响细胞周期进展。总的来说,作者的研究揭示了USP13-Aurora B轴的分子和细胞联系,它可能参与了发生在癌细胞中的细胞周期的重构。

研究内容

1.USP13在HCC中高度表达       

        为了确定USP13在HCC和肿瘤邻近组织之间的表达差异,进行qRT-PCR和IHC分析以分别检测USP13 mRNA和蛋白质水平。作者发现HCC组织中UPS13 mRNA的表达高于非肿瘤肝组织。使用GEPIA进行的TCGA数据分析一致显示,HCC中USP13 mRNA水平更高。此外,IHC分析表明USP13阳性表达在80个 (65.0%)HCC病例中的52个中得到证实,而80个 (42.5%) 非肿瘤样本中只有34个显示USP13阳性表达。此外,USP13在HCC细胞系(SK-HEP-1、HepG2、Huh7和Hep3B)中的水平显着高于LO2细胞(P < 0.05)。这些数据表明USP13在HCC中的致癌作用。

图1.USP13表达在HCC中上调

研究结论:USP13在HCC中高度表达。

 

2.USP13的阳性表达与HCC的不良预后相关     

        接下来,作者探究USP13在HCC中的临床意义。根据chi-square分析,USP13的阳性表达与肿瘤大小和晚期肿瘤淋巴结转移分期(III + IV)显着相关。此外,与USP13阴性表达的病例相比,USP13阳性表达的HCC患者的总生存率显着降低。更重要的是,使用TCGA数据分析还表明,高USP13 mRNA水平表明HCC患者的总生存期和无病生存期明显缩短。因此,作者的结果表明USP13可能是HCC的预后生物标志物。

研究结论:USP13的阳性表达与HCC的不良预后相关。

 

3.USP13敲低在体外和体内抑制HCC细胞增殖和侵袭

        作者用shRNA转染以特异性下调Hep3B和Huh7细胞USP13。CCK-8和 EdU检测均一致表明USP3敲低显着降低了HCC细胞的增殖。

图2.USP13敲低抑制HCC细胞的增殖

        此外,通过 transwell测定确定USP13的沉默显着抑制了HCC细胞迁移和侵袭。Western blot数据表明USP13敲低增加了E-钙粘蛋白的表达并降低了HCC细胞中的 N-钙粘蛋白和波形蛋白水平。相反,USP13过表达显着增强了HepG2和LO2细胞的增殖、上皮间质转化(EMT)、迁移和侵袭。另一方面,Hep3B细胞形成的皮下肿瘤的生长曲线表明USP13敲低抑制了小鼠的肿瘤生长。

图3.USP13敲低抑制了HCC细胞的EMT、迁移和侵袭

        此外,与来自对照组的样本相比,来自USP13敲低组的肿瘤组织的USP13和Ki-67 染色密度显着降低。从小鼠HCC转移模型中收集的肺组织的H&E染色表明USP13的敲低显着减少了体内肺转移的数量。总的来说,作者的数据将USP13鉴定为HCC中的致癌基因。

图4.USP13敲低可抑制小鼠的HCC生长和转移

研究结论:USP13敲低在体外和体内抑制HCC细胞增殖和侵袭。

 

4.USP13通过增强TLR4稳定性来调节TLR4/MyD88/NF-kB通路

        由于TLR4的稳定性受泛素化介导的降解调节,使用TCGA数据分析表明TLR4 mRNA在HCC中的表达组织显着低于正常肝组织。作者旨在了解去泛素化酶USP13是否参与调节HCC中TLR4的稳定性。有趣的是,作者发现USP13敲低显着降低了Hep3B和Huh7细胞中TLR4蛋白的水平。co-IP分析显示USP13直接与Hep3B细胞中的TLR4相互作用。值得注意的是,USP13敲低增加了Hep3B细胞中TLR4的泛素化。Hep3B细胞用CHX处理以阻止新的蛋白质合成,作者发现USP13组中TLR4蛋白的降解速度比对照组更快。另一方面,蛋白酶体抑制剂 MG132 处理可以减少USP13敲低诱导的TLR4降解。这些结果表明USP13通过增强HCC细胞中TLR4的去泛素化来增加TLR4丰度。

图5.USP13敲低降低了TLR4的稳定性

研究结论:USP13敲低降低了TLR4的稳定性。

 

5.TLR4重新表达逆转USP13敲低对HCC细胞的影响

        为了进一步研究TLR4是否介导USP13在HCC中的致癌作用,TLR4通过质粒转染在USP13敲低的Hep3B细胞中重新表达。TLR4恢复显着增强了USP13敲低Hep3B细胞的增殖。此外,TLR4重新表达逆转了USP13敲低诱导的对Hep3B细胞迁移和侵袭的抑制作用。类似地,TLR4显着消除了USP13敲低对Huh7细胞增殖、迁移和侵袭的影响。总之,作者的结果表明USP13通过调节TLR4/MyD88/NF-kB通路促进HCC进展。

图6.TLR4重新表达消除了USP13敲低对Hep3B细胞的影响

研究结论:TLR4重新表达逆转USP13敲低对HCC细胞的影响。

 

6.缺氧通过诱导HCC细胞中的USP13激活TLR4/MyD88/NF-kB通路

        由于缺氧已被认为是HCC中TLR4/MyD88/NF-kB通路激活的诱导剂,因此,作者旨在研究USP13是否介导了缺氧-诱导HCC中TLR4/MyD88/NF-kB通路的激活。作者的微阵列数据表明,缺氧会增加10个HIF靶基因mRNA的表达,并导致Hep3B细胞中USP13 mRNA的表达显着增加,而TLR4 mRNA的表达在缺氧下没有显着影响。此外,缺氧或CoCl2处理显着上调Hep3B和Huh7细胞中HIF-1a和USP13蛋白的水平。有趣的是,USP13敲低抑制了HCC细胞中缺氧诱导的TLR4/MyD88/NF-kB通路激活。

图7.缺氧会激活HCC细胞中的USP13/TLR4/MyD88/NF-kB通路

研究结论:HCC细胞中,USP13在缺氧介导的TLR4/MyD88/NF-kB通路中发挥了重要作用。

 

结论与讨论

        在这项研究中,作者首次报告了USP13和致癌性Aurora B激酶之间存在的分子和细胞联系。USP13的水平对细胞在周期中不受干扰至关重要。USP13与Aurora B相互作用,通过不依赖其催化活性的机制控制其在细胞周期中的稳定性。另一方面作者发现Aurora B在丝氨酸114处对USP13进行磷酸化,促使它们相互作用。作者的研究结果揭示了在细胞周期中发生的异常情况与一些人类癌症中报道的Aurora B和USP13的异常水平之间的潜在联系。

 

Thank you!

 

原文链接:https://doi.org/10.3389/fcell.2020.587389


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