Nanopro助力檢測揭示癌癥干細胞表型轉(zhuǎn)換新機制

意大利San Raffaele科學(xué)院再生醫(yī)學(xué)及干細胞和基因治療科的科學(xué)家，利用Nanopro 1000在Cell Death and Differentiation（IF：10.717）發(fā)表文章：The proneural gene ASCL1 governs the transcriptional subgroup affiliation in glioblastoma stem cells by directly repressing the mesenchymal gene NDRG1.

--研究背景--

癌癥干細胞（Cancer Stem Cells, CSCs）:通過自我更新和無限增殖維持著腫瘤細胞群的生命力；通過運動和遷徙能力使腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移成為可能；可以長時間處于休眠狀態(tài)并具有多種耐藥分子而對殺傷腫瘤細胞的外界理化因素不敏感。

干細胞（Stem Cells）公認的功能定義是自我更新和產(chǎn)生分化后代的能力，因此對CSCs的定義也要證明這種功能特征：持續(xù)的自我更新；持續(xù)的增殖；二次移植后產(chǎn)生腫瘤的能力，即可以重述親本腫瘤中存在的細胞異質(zhì)性。除此之外，CSCs還具有與體干細胞相同的功能：包括組織（或腫瘤）內(nèi)的頻率，干細胞標志物的表達；以及生成多種譜系子代的能力。
 

膠質(zhì)母細胞瘤（GBM）是最普遍，最惡性的原發(fā)性腦腫瘤，其包含自我更新的致瘤性癌癥干細胞（CSCs），可以促進腫瘤的發(fā)生，并且發(fā)生治療抗性。正常的干細胞和祖細胞可以參與組織的發(fā)育和修復(fù)，同樣，CSCs可以促進腫瘤的發(fā)展和進行性生長。因此，對控制CSCs的分子機制的研究，對GBM或其它腦癌治療可以提供新型靶向療法的開發(fā)方向。

CSCs的調(diào)節(jié)因素包括：內(nèi)在調(diào)節(jié)因子和外部調(diào)節(jié)因子。

關(guān)鍵的內(nèi)在調(diào)節(jié)因子包括：基因組成、表觀遺傳、代謝調(diào)節(jié)。

外在調(diào)節(jié)因子包括：與微環(huán)境的相互作用、生態(tài)位因子、免疫系統(tǒng)。

根據(jù)腫瘤的基因組成預(yù)測臨床過程并提供治療方法，對于提高療效和防止患者過度治療至關(guān)重要。這個概念也適用于成膠質(zhì)細胞瘤（GBM）。多年來，已經(jīng)根據(jù)腫瘤組織學(xué)對神經(jīng)膠質(zhì)瘤進行了分類，再加上腫瘤分級，來反映腫瘤惡性程度并在一定程度上預(yù)測了疾病進程的分類。直到最近，2016年世衛(wèi)組織腦腫瘤分類將基于異檸檬酸脫氫酶1（IDH1）狀態(tài)的GBM遺傳分類納入組織學(xué)標準診斷。
 

在可用于GBM的許多多維分子數(shù)據(jù)中，轉(zhuǎn)錄特征將GBM分為不同的亞組，即前神經(jīng)（PN），間充質(zhì)（MES），經(jīng)典（CL）/增殖（P）和神經(jīng)（NL）。鑒于20％的GBM并不是轉(zhuǎn)錄均質(zhì)的，而是包含多個屬于不同亞類的細胞群體，基于基因表達的GBM患者分層的臨床意義和實用性仍在爭論中。然而，深入了解GBM的轉(zhuǎn)錄特征可能有助于鑒定分子介體，這些分子介體不僅有助于增加對GBM發(fā)病機理的了解，而且還可以作為診斷，預(yù)后和/或預(yù)測性標志物納入臨床常規(guī)。

通常GBM的進展和復(fù)發(fā)通常伴隨著向MES分子表型的轉(zhuǎn)變。但對于從PN到MES過渡（PMT）的機制知之甚少。

--研究內(nèi)容--

意大利San Raffaele科學(xué)研究院再生醫(yī)學(xué)及干細胞和基因治療科的科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)：

ASCL1是PN GBM CSCs的特異性標記物
 

為了鑒定能預(yù)測GBM CSCs轉(zhuǎn)錄亞型的基因標記物，對患者衍生的GBM CSCs系：即L0605，L0306，L0627，L0104，L0512和L0125進行了轉(zhuǎn)錄組譜分析。并與幾位患者的GBM組織樣本的轉(zhuǎn)錄譜進行了比較。作為非干性對照，分析了標準的人類神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞系（GCL）：即U87，U373，T98G和LN18，以及血清培養(yǎng)的原代GBM系。結(jié)果顯示，CSCss與GBM標本的基因表達譜圖非常相似。

為了確定調(diào)節(jié)GBM分子亞組的分子介體，比較了CSCss和GCLs的全局基因表達譜。其中在CSCss中上調(diào)的基因列表中，選擇了排名最靠前的前神經(jīng)元亞組基因分類器ASCL1，并證實了它在CSCss及其異種移植物中的表達要高于GCL及其相應(yīng)腫瘤中的表達。且在人的PN亞組中表達的增強。揭示ASCL1是CSCs特定的分子介體，可能在GBM亞組表型中發(fā)揮重要作用。

GBM CSCs中的過表達ASCL1促進神經(jīng)膠質(zhì)細胞向神經(jīng)元分化
 

與GFP轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬對照相比，CSCs系中的ASCL1過表達后，對其細胞的自我更新能力產(chǎn)生負面影響。且ASCL1過表達后，大多數(shù)CSCs中的增殖通路pERKThr202/Tyr204和pAKTSer473的激活被大大降低。在增生培養(yǎng)條件下（即存在EGF和FGF2的情況下），過表達ASCL1的CSCs仍會出現(xiàn)典型神經(jīng)元樣形態(tài)：即出現(xiàn)早期的Tuj1和晚期MAP2神經(jīng)元標記物。同時GFAP-1R星形膠質(zhì)細胞數(shù)量的減少，表明ASCL1的表達通過激活神經(jīng)元分化并抑制神經(jīng)膠質(zhì)細胞而促進了CSCs中的譜系轉(zhuǎn)換。

ASCL1抑制MES基因NDRG1的表達

通過研究發(fā)現(xiàn)，所有PN CSCs都表達ASCL1，而只有一些細胞表達NDRG1。而MES CSCs不表達ASCL1，卻表達非常高水平的NDRG1。且實驗表明NDRG1是MES的基因標記物，為了驗證ASCL1是否可以直接調(diào)控NDRG1，通過利用NanoPro 1000檢測發(fā)現(xiàn)，過表達ASCL1時，NDRG1及其磷酸化形式pNDRG1Thr346都大大降低。說明ASCL1抑制了NDRG1的表達。且后續(xù)實驗證明ASCL1可以與NDRG1的啟動子直接結(jié)合。說明ASCL1可以直接調(diào)控NDRG1，從而抑制PN GBM向MES表型轉(zhuǎn)換的進程，為GBM提供了新的治療機會。
 

Nanopro1000蛋白質(zhì)翻譯后修飾圖譜分析技術(shù)，同時檢測蛋白質(zhì)表達極其翻譯后修飾。

參考文獻：

The proneural gene ASCL1 governs the transcriptional subgroup affiliation in glioblastoma stem cells by directly repressing the mesenchymal gene NDRG1, Cell Death Differ. 2019 Sep;26(9):1813-1831. 

Cancer stem cells in glioblastoma, Genes Dev. 2015 Jun 15;29(12):1203-17.