缺氧上调ATE1-HSPA5促进胰腺癌细胞抵抗铁死亡

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目的:缺氧肿瘤微环境促进了胰腺癌的多种治疗抵抗。作为一种新发现的调节性死亡形式,铁死亡对包括胰腺癌在内的多种难治性肿瘤具有一定的杀伤作用。然而,缺氧在胰腺癌铁死亡敏感性中的作用及其潜在机制仍不清楚。本研究旨在探讨缺氧对胰腺癌铁死亡的影响及其机制,完善对胰腺癌铁死亡的外源性调节机制的理解,并进一步指导缺氧导致的耐药肿瘤的治疗。方法:(1)基于GEO公共数据库分析常氧和缺氧的胰腺癌样本中铁死亡基因通路富集情况,TCGA数据库分析缺氧诱导因子HIF1α与铁死亡经典蛋白GPX4、SLC7A11和FSP1的相关性;(2)铁死亡经典诱导剂Erastin处理常氧或缺氧培养条件下的胰腺癌细胞系。CCK8法和台酚蓝染色法检测缺氧对Erastin诱导的胰腺癌细胞活力的影响;(3)荧光定量PCR(q PCR)实验和Western blot检测缺氧与常氧情况下GPX4、SLC7A11、HSPA5和HSC70的m RNA和蛋白表达情况;(4)GSH、MDA和Lipid ROS试剂盒检测常氧和缺氧下Erastin诱导的胰腺癌细胞的铁死亡;(5)构建PANC1和Bx PC3的sh RNA-HSPA5稳转细胞系研究HSPA5在缺氧诱导铁死亡抵抗中的作用。Co-IP和IF探究HSPA5、GPX4和HSC70在缺氧中的相互关系;(6)构建稳定表达的sh RNA-HSPA5 Pan02细胞系建立C57BL/6小鼠皮下瘤模型,以验证HSPA5在体内环境中对铁死亡抵抗的作用。体内使用Erastin的变构体Piperazine Erastin(PE)诱导瘤体铁死亡;(7)IHC方法对肿瘤组织石蜡切片染色,检测铁死亡标志蛋白COX2在不同处理下肿瘤组织中表达情况;(8)Western blot、GSH检测及MDA检测来探究干扰HSPA5在体内促进铁死亡的作用;(9)Western blot法检测sh RNA-ATE1的PANC1细胞ATE1和Arg-HSPA5在缺氧下的表达,使用Co-IP检测Arg-HSPA5与HSCC70的结合情况;(10)使用CCK8、GSH、MDA和Lipid ROS检测探究ATE1对缺氧胰腺癌细胞抵抗铁死亡的作用;(11)Western blot探究干扰ATE1后Arg-HSPA5与GPX4在缺氧和/或Erasti处理下的表达情况。结果:(1)胰腺癌数据库分析结果显示缺氧下铁死亡相关通路被富集,其中GPX4表达量与HIF1α呈现中度相关性;(2)CCK8法及细胞倒置显微镜观察结果显示Erastin诱导胰腺癌细胞发生浓度依赖性的细胞铁死亡,而缺氧培养环境抑制了细胞铁死亡的发生;(3)Western blot实验结果显示缺氧抑制了Erastin介导的胰腺癌细胞GPX4蛋白表达的降低;(4)缺氧条件下Erastin处理的PANC1及Bx PC3细胞内的GSH相对水平高于Erastin处理组细胞,而MDA和Lipid ROS相对水平则低于仅Erastin处理组;(5)Western blot实验结果表明缺氧条件下,HSPA5蛋白与GPX4蛋白表达水平升高;(6)敲低HSPA5蛋白表达后,胰腺癌细胞在缺氧联合Erastin条件下克隆形成能力降低,台酚蓝实验及MDA检测结果也证明敲低HSPA5后,缺氧诱导的胰腺癌细胞抵抗铁死亡作用减弱;(7)Co-IP和IF结果显示HSPA5与HSC70和GPX4三者形成蛋白复合物,该复合物在缺氧条件下比单独Erastin处理时增多。敲低HSPA5基因表达逆转了缺氧条件下Erastin诱导的HSC70与GPX4结合减少的情况;(8)在小鼠胰腺癌异种移植皮下瘤中验证体外的现象,即敲低HSPA5基因表达促进PE诱导的肿瘤组织杀伤作用,并且免疫组化显示肿瘤组织铁死亡标志物表达水平明显增高,抗氧化指标GSH水平降低,铁死亡脂质过氧化MDA指标明显增高;(9)Western blot实验结果表明缺氧条件下ATE1及精氨酸化修饰的HSPA5(Arg-HSPA5)蛋白表达增高,且Co-IP显示缺氧促进Arg-HSPA5与HSC70结合;(10)CCK8结果表明干扰ATE1抑制缺氧胰腺癌细胞对铁死亡的抵抗,GSH、MDA及Lipid ROS检测证明干扰ATE1促进的PANC1细胞死亡形式为铁死亡;(11)Western blot及Co-IP结果显示缺氧条件下干扰ATE1,HSC70结合的GPX4蛋白增多。结论:我们的研究揭示了缺氧促进ATE1的作用,进而增加HSPA5的精氨酸化修饰(Arg-HSPA5),Arg-HSPA5与GPX4-HSC70形成复合物抑制HSC70对GPX4的靶向性抑制作用,从而促进胰腺癌细胞抵抗铁死亡的机制,这不仅拓宽了铁死亡的外源性抵抗机制的认识,也为耐药癌症的治疗提供一定的理论指导建议。
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