2025-06-24 17:46来源:本站
精确医学的希望取决于对患者基因组和相关漏洞的深刻理解。CRISPR革命和基因组分析技术由大型财团努力(例如癌症依赖图(DEPMAP)8和癌细胞系百科全书9,10)带来了巨大的努力。这些大型分析数据集的集成提供了一个吉祥的机会,可以在不同的遗传环境中识别其他合成的致命靶标。合成的致死性,其中两种单独的非必需基因的同时丧失导致细胞活力的丧失,例证了这种精确的药物在癌症治疗中的方法,并且已经塑造了二十一世纪肿瘤 - 内膜癌症疗法的许多临床景观。
为了探索新型的合成致命靶标,我们开发了假定的合成致命伴侣的Digenic CRISPR库11。以前,体外筛查证实了几种良好的旁系同源性致命相互作用,例如Stag1 – Stag212;我们假设体内CRISPR屏幕的上下文可以发现进一步的治疗靶标。在这里,我们首先在已建立的细胞系MDA-MB-231和NCI-H1299异种移植物中进行体内CRISPR屏幕(图1A)。通常,我们观察到在MDA-MBA-231和NCI-H1299中测试的假定合成致死对之间的强烈一致性(图1B)。但是,在MDA-MB-231中特异性耗尽了IFNβ1和PELO SGRNA,但在NCI-H1299异种移植模型中却没有(补充表1)。NCI-H1299同时表达PELO和IFNβ1,而MDA-MB-231特别缺乏IFNβ1转录本。MDA-MB-231中缺乏IFNβ1表达,可以通过9p21.3的缺失来解释,其中包括常见的肿瘤抑制基因CDKN2A13。
由于肿瘤模型中PELO和IFNβ1的独特,非整形的耗竭,损失为9p21.3,我们假设单独使用Pelo驱动MDA-MB-231中观察到的选择性抗增殖表型,并且PELO在PELO中观察到PELO的依赖性可以由9p21.3 Genee其他Ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn ifn。人类pelo(通过古细菌在进化上保守,在酿酒酵母中被最广泛地研究为DOM34)是核糖体救援和mRNA监测复合物的关键效应蛋白14,15,16。PELO在No-Go和不间动的mRNA衰变翻译过程中的核糖体回收质量控制过程很大程度上发挥作用,其中核糖体在钝器3'MRNA裂解17的位点积聚,或在由于错误或缺失而跳过规范停止密码子后,骨骼3'mRNA裂解或尾巴上积聚。核糖体救援综合体由PELO组成,Pelo是一种相关的GTPase HBS1L和ATPase ABCE1,它们在协同的协同作用中构成80年代核糖体并补充游离的核糖体亚基池以进行进一步的生产性翻译20,21,22。
为了支持,我们使用四个独立的指南RNA证实了MDA-MB-231中的单基因PELO依赖性,但在NCI-H1299中没有(扩展数据图1A – C)。在DEPMAP23模型中,无论谱系如何,PELO依赖性都表现出强烈选择性的轮廓(扩展数据图1D)。我们发现,位于9p21.3基因座上的几个基因的低RNA表达(klhl9,r = 0.25; focad; focad,r = 0.24; mtap; mtap,r = 0.17;和dmrta1; and dmrta1,r = 0.16)与依赖性的依赖性密切相关(图1C)。对大型9P21.3深缺失的两组分析,其中包含位于DMRTA1和MLLT3的边界之间的所有基因,这证实了与Pelo依赖性的显着关联(n = 57,p = 4.2×10-6;图1d)。
接下来,我们研究了由大型9P21.3缺失状态选择的癌细胞系(n = 24)对Pelo敲除的影响。总体而言,PELO损失显示出具有大9p21.3损失的细胞模型的一致选择性和稳健的生存力丧失(n = 15;图1E和扩展数据图1E和2A)。强调了对9p21.3状态的PELO依赖性的特异性,来自不同组织的四个正常细胞系中的敲除并不会导致生存力变化(扩展数据图2B)。为了巩固9p21.3和体内Pelo之间的这种遗传关系,我们选择了Miapaca2,这是一种自然存在的9p21.3缺失的胰腺癌细胞系模型,以产生多克隆诱导型敲击系统。在已建立的MIAPACA2异种移植物中诱导PELO敲除,导致肿瘤的显着抑制作用为74%(P = 2.5×10-4;图1F)。尽管我们观察到稳健的肿瘤生长抑制作用,但在整个研究中,我们只观察到Pelo蛋白水平的局部降低60%(扩展数据图1F,G)。肿瘤生长的回归和返回与PELO蛋白水平的可量化回报相关。这些数据在9p21.3损失的肿瘤中识别并验证Pelo是真正的漏洞。
为了确定因果关系与PELO的因果综合相互作用,我们生成了克隆的NCI-H1299 PELO - / - 模型,与母体相比,没有可见的生长速率差异(扩展数据图2C)。我们生成了一个单个指南RNA(SGRNA)库(补充表2),其中包含相关的核糖体和转化本体论途径24,25,Uniprot预测的Pelo-Pelo-Interacting Proteins26,以及所有通常在9p21.3上删除的基因(图2A)。将父母和骨膜敲除细胞用文库传播两个星期,然后对SGRNA表示进行测序(图2B)。正如Depmap提出的,Pelo与位于9p21.3染色体缺失边界内的基因之间存在遗传相互作用,我们首先研究了经常在9p21.3基因座中经常删除的基因的表示。候选9P21.3基因(n = 21),仅在PELO-KNOCKOUT背景中显着且特异性地将靶向焦点靶向(p = 5.7×10-3;扩展数据图4A),将焦点缺失在9p21.3上识别为驾驶员合成的致命致命致命的致死伙伴伴侣的pelo pelo pelo pelo的依赖性。
灶的功能在很大程度上尚不清楚,但是种系缺失以及家族结直肠癌和乳腺癌中焦点突变发生率的增加表明,它可能作为推定的肿瘤抑制作用27,28。尽管我们期望在9p21.3边界内找到一个基因,但我们也惊讶地发现,SKIV2L(也称为SKIC2)和TTC37(SKIC3)在NCI-H1299 PELO - / - 细胞系中均表现出比focad的重要性(图2C)。功能性蛋白质网络鉴定出SKIV2L,TTC37和第三次命中WDR61为滑雪络合物的核心成分(SKIC)(图2D),这是允许从核糖体中提取mRNA的核糖体,从而允许核糖体提取核糖酶活性和受损MRNAS29,30的流动倍率。值得注意的是,最近的报道突出了小儿肝肝硬化中种系致病灶突变,并表明焦点是一种关键的支架蛋白,可维持核心SKIC成员SKIV2L和TTC3731的稳定性。总之,这些数据列出了人类癌中的焦点,SKIC和PELO之间的牢固遗传联系,并照亮了两个独立的复合物之间的合成致命相互作用。
为了测试癌症中灶和Skic之间的关系,我们返回DEPMAP,并测试了Pelo依赖性是否与整个蛋白质组的Skic蛋白丧失相关。与PELO合成致死ID(SL-ID)筛选一致,SKIV2L和TTC37的低蛋白表达(分别为r = 0.46和0.45)是Pelo依赖性的最佳预测指标,然后是SKIC辅助蛋白灶(R = 0.28)和AVEN(R = 0.24)的SKIC辅助蛋白灶(R = 0.24)。TTC37和SKIV2L蛋白水平在focAD(9p21.3)中均显着相关(n = 57;图3b,c)和肿瘤(n = 36; skiv2l,p = 4.5×10-6; ttc37; ttc37; ttc37; ttc37; ttc37; ttc37; ttc37; ttc37; ttc37,p = 1.8×10-7;此外,蛋白质水平的SKIV2L和TTC37表达在两种细胞系(n = 375,r = 0.94)(扩展数据图3A)和肿瘤(n = 1022,r2 = 0.75)中均表现出显着的相关性(图3D,E和补充表3),表明Skiv2l和TTC37均为SKIV2L和TTC37的序列。
接下来,我们在NCI-H1299细胞中生成了一系列克隆等源模型,并用SKIV2L,TTC37,FOCAD或AVEN敲除,并对其余的Skic蛋白进行了探测。在所有SKIC同源模型中,我们观察到与基础表达相比,非编辑成员的不稳定,除WDR61外(图3F)。我们怀疑WDR61在共转录PAF复合物中的掺入可能会在SKIC32崩溃后保护其免受稳定。值得注意的是,核心酶基蛋白SKIV2L和TTC37在所有SKIC敲除中都耗尽,而焦点和AVEN相互依存相互依存,这表明将焦点和AVEN掺入核心SKIC中是稳定性所必需的,但仅仅是功能活性的足够(图3F)。
由于在所有衍生的同基因模型中都观察到了Skic不稳定,因此我们接下来询问Pelo是否会因删除任何SKIC成员而具有合成的致命性。始终在正交方法的情况下,任何SKIC成员的丧失(SKIV2L,p = 2.5×10-5; ttc37,p = 3.6×10-5; focad; focad,p = 1.1×10-4; aven,p = 4.0×10-5;或wdr61)会议选择性抗选择性抗植物,但NCI-H1299细胞(图3G和扩展数据图4G,H);这在HAP1 SKIV2L - / - 同源对中得到了证实(P = 9.9×10-7;扩展数据图4D,E)。我们还注意到在核糖体救援复合物(PELO,HBS1L和ABCE1)的基底机械中的上调,这暗示着对Pelo功能的依赖提高(扩展数据图4C)。在灶(9p21.3)被删除的大型大细胞中,SKIC通过外源SKIV2L,TTC37或Dual SKIV2L和TTC37共表达(p = 1.5×10-5×10-5×10-5,8.0×10-5或3.4×10-4都不足以保护依赖性的pelo,用于救援复合活性的解旋酶。仅在重新表达焦点后,我们是否观察到了Pelo依赖性的完全复合和功能挽救(图3H,i)。为了确认有关相关SKIC成员丢失的焦点耗竭实验的结果(图3F),我们在Degron TAG(DTAG)33的诱导控制下,用focad生成了一个Miapaca2模型。用500 nm的DTAG-V1治疗在四个小时内消耗了焦点蛋白水平。焦点降解后,SKIV2L,TTC37和AVEN蛋白的水平降低了8小时,最多达到2天(图3J)。与一种机制一致,通过这种机制,蛋白质复杂亚基的损失会导致翻译后质量控制34,我们观察到距离24小时的SKIC RNA水平没有有意义的下调(focad,p = 0.99; ttc37; ttc37; ttc37; ttc37; ttc37; ttc37; ttc37; skiv2l; skiv2l; skiv2l; skiv2l; skiv2l,p = 0.17; aven,p = 0.03; aven; extended; extended数据图。4f)。
由于我们的数据支持以下观点:无论丢失哪种SKIC成员,Pelo和Skic合成致死性都可以发生,因此我们合理地认为,除9P21.3外,其他染色体缺失可能会带来其他翻译机会。尽管焦点(9p21.3)的纯合缺失是最常被删除的SKIC成员(4%Pancan),但癌症基因组图集(TCGA)数据库突出显示了SKIV2L,SKIV2L,TTC37,TTC37,TTC37,AVEN或WDR61(AVEN或WDR61(也已知)的纯合纯合量(也已知)bencic8 can can can can can can can can s skiv27,ttc37,aven或wdr61(也已知)。此外,发现SKIC成员在多种肿瘤类型中被突变(扩展数据图6F)。所有鉴定的突变均表征为未知意义的变体(补充表4)。然而,在三重脑易感综合征(THES)35,36,37的患者中,几种与癌症相关的错义和无义的SKIV2L(R483C,R756*和R510*)和TTC37(R570*和R1503C)突变是因果关系。为了验证重叠的癌症和THES错义突变是否也可能导致与Pelo的合成致命相互作用,我们试图通过在NCI-H1299 SKIV2L - / - 模型中通过外源表达SKIV2L野生型或R483C来挽救PELO依赖性。出乎意料的是,机械上与Skiv2L敲除,两种形式的SKIV2L的稳定表达提高了TTC37蛋白水平。然而,与THES中R483C的特征性致病性一致,这种突变的表型Skiv2l敲除稳定的表达,这表明R483对于酶促功能至关重要,但不是SKIV2L的稳定性(扩展数据图5C – E)。这些数据共同支持了一个假设,在该假说中,可以通过多种基因组改变可以实现非功能性SKIC,从而融合了与Pelo的合成致命关系。
在灶(9p21.3)和Skic损失之外,PELO依赖性最能与MLH1和PMS1的低蛋白表达相关,两个经常突变的基因允许高度微卫星不稳定性(MSI-H)具有超重分发的表型特征(图3A)。MSI-H肿瘤占所有癌症的3.8%,多达15%的结直肠瘤,子宫和卵巢肿瘤38,MSI-H状态与重点(9p21.3)在主要的微卫星不稳定性分子中相互排除(9p21.3),在MSIBERINEBITITION中,MSI ENOBLEDER(鲍尔,子宫,卵巢和溶液),一定范围和聚合物(Pocad contreserian),并构成了一定的Biontion(卵巢),并构成了contrion(卵巢和溶液),并构成了(卵巢) - HOM型和FOCADS-H(均为小组)H。数据图6b)。与MSS型号39相比,MSI-H癌细胞系的蛋白质组学先前鉴定出SKIV2L和TTC37的低表达,这表明我们观察到的Pelo依赖性与MSI-H细胞状态之间的相关性也可能取决于SKIC稳定性。
与该假设一致,我们验证了MSI-H细胞系HCT-116,RKO,DLD-1和MFE-319(扩展数据图6A)中PELO的特定依赖性,并且DepMap在MSI-H中显示出较高的PELO依赖性,与Microsatellite稳定(MSS)稳定(MSS)模型(N = 61; Bowel,p = 4.0; ufel,p = 4.0 x = 4.0 k.p = 2.8×10-3;接下来,我们探讨了MSI-H细胞中SKIV2L和TTC37的丢失是否模仿了焦点(9p21.3)纯合模型中的SKIC损失程度。如预期的那样,MSI-H细胞模型(n = 6)和原发性肿瘤(结直肠肿瘤,n = 20;和子宫,n = 27)均表现出比MSS的skiv2l和ttc37的丰度较低,而苯并灶(9p21.3)列出了模型,但呈现为焦点蛋白质水平(扩展数据)。与MSI-H合成致死靶WRN40不同,PELO的依赖性似乎不是由TP53状态决定的(扩展数据图6G),如DLD-1 TP53野生型,MSI-H Colorectal Cancer Model(扩展数据图6H,I图6H,I)所强调。总之,这些数据将MSI-H肿瘤确定为第二个生物标志物驱动的人群,具有不稳定的SKIC和对PELO基因功能的依赖性。SKIC的丢失是通过灶(9P21.3)缺失,其他SKIC成员的缺失,突变或MSI-H状态会收敛于常见的蛋白质组学生物标志物,这足以驱动合成的致命依赖对Pelo的依赖并增强潜在的翻译影响。
接下来,我们试图确定Pelo和Skic合成致死性导致观察到的抗增殖表型的细胞机制。为了解决这个问题,我们在两组等生细胞系中进行了正交高含量和流式细胞仪面板,NCI-H1299具有或不具有SKIV2L表达和MDA-MB-231,并在PELO敲除后三天,有或不带有焦点表达的MDA-MB-231。我们观察到EDU掺入的明显损失,表明在丢失Pelo和Skic的情况下,S相崩溃了(NCI-H1299 SKIV2L - / - ,p = 2.2×10-13;和MDA-MB-231焦点focad focad deletion,p = 1.2×10-11;图4a;图4a,b)。通过碘化丙啶和EDU染色证实了S期的崩溃,在同一模型集中通过流式细胞仪测量(扩展数据图7A,B)。NCI-H1299和MDA-MB-231同源模型之间的细胞周期停滞分别在G1和G2中暂停,这表明可能有特异性因素决定了PELO和SKIC合成致命的表型(图4C)。细胞活力标记物的进一步染色不能量化与原发性细胞停滞表型一致的早期凋亡反应(扩展数据图7C)。到120小时,NCI-H1299 SKIV2L - / - 和MIAPACA2均显示了近四分之一的细胞,如通过膜联蛋白V阳性测量(扩展数据图7D)。这些数据支持一个模型,其中Pelo和Skic合成致死性最初放弃了正常的S期进展,最终导致晚期凋亡和细胞死亡。
接下来,我们利用Skic-prompompomist的Miapaca2模型来评估PELO敲除诱导后的全球转录变化。对差异调节途径的分析表明,由NF-κB,p53和展开的蛋白质反应(UPR)途径驱动的基因表达程序的一致和显着上调(图4D和扩展数据图7E)。几份报道强调了Pelo和Skic在No-Go mRNA衰变中的作用与UPR途径的活性41,42之间存在复杂的关系。MIAPACA2模型中的PELO损失在48小时时在细胞周期和增殖缺陷之前诱导蛋白质水平的键UPR基因,并触发了p38和JNK途径的下游激活。与切碎的上调同时,我们还观察到裂解的PARP和P21的增加(图4E)。为了验证MIAPACA2转录组和蛋白质组学验证,我们返回到NCI-H1299等源性系统和内源性灶(9p21.3)骨骼细胞系,以评估UPR途径基因的变化以及磷酸化的JNK(PJNK)途径。通过诱导PELO和SKIC合成致死性,我们观察到在几种模型中IRE1α,CHOP和PJNK蛋白水平的一致且强劲的增加(图4F和扩展数据图7F)强烈表明,UPR的诱导是Pelo和Skic双重损失的结果。
由于IRE1α活性是由二聚化驱动的43,我们测试了IRE1α蛋白水平升高是否足以在诱导合成致死性时驱动机械激活。与阴性对照相比,我们观察到骨缺失细胞中染色的焦点的十倍(P = 1.2×10-6)(图4G,H)。IRE1α在十二个9p21.3-homozygous删除(n = 5)或野生型(n = 7)模型(扩展数据图7G)的面板中也被上调。加在一起,健壮的Pelo和Skic合成致死性表型似乎通过IRE1α激活了UPR信号级联,并且与功能障碍的正常细胞周期通过S相相关。
酵母的结构见解表明,Pelo及其必要的结合伴侣HBS1L与ABCE1协同工作,以构成功能性救援复合物44。因此,我们假设HBS1L可以在Skic缺陷型肿瘤模型中表现出PELO的合成致死性。尽管与PELO相比,大多数模型中的HBS1L依赖性似乎不那么严重,但对两种蛋白质的依赖性显着相关,而HBS1L依赖性与9p21.3基因和蛋白质水平的表达相关(扩展数据图8a – C)。HBS1L敲除包括11个SKIC野生型(n = 6)或受损的细胞系(n = 5)在SKIC损失的情况下引起选择性HBS1L依赖性(图5A和扩展数据图8D-F)。我们的数据表明,HBS1L是SKIC缺陷模型中的第二个漏洞,并且可能通过调节核糖体救援综合体而起作用。
哺乳动物Pelo – Hbs1l接口45的结构用于绘制负责与SKIC合成致死关系的HBS1L推定区域(图5B)。我们在NC-H1299细胞中产生了HBS1L - / - 模型,并外源表达了几种HBS1L突变构建体(图5C)。与先前的报道46,47一致,HBS1L蛋白的丧失显着不稳定的Pelo蛋白表达(图5C)。我们观察到GTPase Dead(T325a,p = 4.8×10-4;或H348A,p = 6.6×10-5)和C-末端删除的HBS1L(Δ568-682,p = 2.0×10-5-5)构造中缺乏PELO蛋白和功能性救援。救援仅以野生型和N端缺失(分别为Δ1-140)HBS1L构建体(分别为p = 0.21和0.13),这与HBS1L现象pelo pelo – skic skic Sythetthetic杀伤力的假设是一致的。为了确认HBS1L的C末端对PELO的要求,我们使用了HIBIT标记的HBS1L来免疫沉淀HBS1L并测试与Pelo的相互作用。全长的野生型HBS1L保持与Pelo的相互作用,而C末端截短的突变体HBS1L(Δ568-682)与Pelo结合了结合,证明了HBS1L和PELO络合物和PELO络合物和功能的相互作用表面的关键性质(图5E)。这些结果共同凸显了HBS1L的GTPase活性和对功能性核糖体救援复合活性的GTPase活性表面的要求。
最后,我们探索了诱导性Miapaca2细胞系模型中对HBS1L敲除的功能响应。与我们以前的观察结果一致,我们在HBS1L敲除后48小时观察到Pelo蛋白损失和PJNK激活(图5F)。Induction of HBS1L knockout in established MIAPACA2 xenografts resulted in concomitant loss of HBS1L and PELO upon doxycycline treatment and 70% tumour growth inhibition (P = 3.9 × 10−4), phenocopying the total growth inhibition of the MIAPACA2 inducible PELO-knockout xenografts (Fig. 5g and Extended Data Fig.8G,h)。这些数据表明,通过HBS1L耗竭的PELO破坏稳定可能在功能上驱动观察到的抗增殖表型,而不完全的PELO抑制作用足以赋予与SKIC的合成致死关系。