EGLN1/c-Myc诱导的淋巴特异性解旋酶通过脂质代谢基因表达的改变抑制铁死亡

铁死亡是一种非细胞凋亡的,铁离子依赖性的,并且以细胞内活性氧堆积为主要特征的细胞死亡形式。淋巴特异性解旋酶(LSH)是一种属于染色质重构atp酶SNF2家族的蛋白质,它建立正确的DNA甲基化水平和模式。EGLN1是一种蛋白质的编码基因。本文中作者确定了EGLN1/c-Myc诱导LSH的关键机制和脂质代谢基因的表达是LSH抑制铁死亡的关键机制。作者发现在肺癌细胞株中LSH的表达上升;LSH表达组中一些mRNA和基因表达上升,mRNA和基因表达下降。同时作者发现与代谢过程相关的通路显著富集。这些数据表明LSH可能与代谢基因有关。
作者做了进一步的探究。在H358肺癌细胞系(H358-LSH)中稳定过表达LSH,显著增加了GLUT1、GLUT6、GLUT12和GLUT13的表达(图1D)。在A549癌细胞中稳定敲除了LSH,发现GLUT1、GLUT3、GLUT6、GLUT8和GLUT14的表达水平降低。在LSH过表达显著提高了FADS2(脂肪酸去饱和酶2)和FADS5(也称为甾醇-辅酶a去饱和酶1,SCD1)的表达水平。而当LSH的减少降低了FADS2、SCD1和FADS6的表达。LSH促进了葡萄糖消耗和乳酸生成,这与Warburg效应相关,而LSH的消耗降低了葡萄糖消耗和乳酸生成。上面的数据表明LSH激活代谢基因的表达以及Warburg效应。

EGLN1/c-Myc诱导的淋巴特异性解旋酶通过脂质代谢基因表达的改变抑制铁死亡

EGLN1/c-Myc诱导的淋巴特异性解旋酶通过脂质代谢基因表达的改变抑制铁死亡

作者发现WDR76与LSH在A549和H522细胞核中共定位,内源性LSH和WDR76在A549和H522细胞中与抗LSH抗体的相互作用。同时通过A549和H522细胞中抗LSH和抗WDR76抗体的共免疫共沉淀实验进一步证实了内源性LSH和WDR76的相互作用。
作者进一步探究,发现WDR76与指定的转录起始位点(TSSs)直接相关。LSH促进了WDR76在GLUT1、SCD1和FADS2的TSSs上的富集,同时,LSH也直接富集到指定的TSSs中。当LSH降低时,WDR76对指示基因的富集减少。上面数据表明WDR76依赖于LSH与代谢基因启动子结合。
LSH在不同组蛋白修饰下,包括H3K4Me3、H3K27Me3和H3K9Me3的整体水平略有变化。当LSH存在时,激活的染色质标记H3K4Me3在GLUT1、SCD1和FADS2启动子上显著升高,反则减低。此外hMeDIP显示LSH增加了H358细胞和PC9细胞中GLUT1、SCD1和FADS2启动子的5-hmC水平补充。上面的数据表明WDR76通过依赖LSH的表观遗传调控增加代谢基因的表达。
此外,作者还发现WDR76表达降低与所有肺癌的总生存率相关。在GLUT1、SCD1和FADS2中观察到类似的结果,在所有肺癌中,低表达与总生存率相关。

EGLN1/c-Myc诱导的淋巴特异性解旋酶通过脂质代谢基因表达的改变抑制铁死亡

EGLN1/c-Myc诱导的淋巴特异性解旋酶通过脂质代谢基因表达的改变抑制铁死亡

erastin诱导的细胞死亡是剂量依赖的,而不是凋亡;LSH过表达降低了erastin诱导的H358细胞和PC9细胞的生长抑制;LSH的降低增加了黄素诱导的A549细胞的生长抑制。上面现象表明LSH可能抑制黄素诱导的癌细胞死亡。
LSH降低了H358和PC9细胞内铁的浓度,但LSH消耗增加了A549细胞内铁的浓度。当erastin处理后,脂质ROS水平升高,LSH降低了H358细胞和PC9细胞中erastin诱导的脂质ROS水平。LSH的消耗增加了A549细胞的脂质ROS水平。发现LSH的存在降低了H358细胞(Supplementary Figure S5A-B)和PC9细胞(Supplementary Figure S5C-D)的总ROS。综上所述,ISH 通过抑制黄素从而降低细胞内Fe和ROS的水平,从而抑制铁死亡。

作者发现ATRA降低了LSH的表达,同时降低了A549细胞在指定时间内的肿瘤体积、肿瘤形成和肿瘤重量。而维生素C和阿司匹林没有降低LSH的表达。维生素E和erastin都没有改变LSH的表达。作者发现ATRT可以降低代谢相关基因的表达水平,包括SCD1和FADS2。ATRA处理后,WDR76对A549细胞中上述基因的富集量降低,而LSH的表达量降低。ATRA处理后,A549细胞强制表达LSH,细胞活力响应erastin而下降,说明LSH的调控与ATRA的细胞效应有关。此外,ATRA处理后A549细胞铁水平和脂质ROS水平升高。这些数据表明维甲酸通过降低LSH的表达来促进铁死亡。

敲除了SCD1和FADS2的癌细胞中,SCD1和FADS2的mRNA水平降低。铁水平和脂质ROS水平增加。erastin诱导的细胞死亡增加,细胞生长比例显著降低。此外,在mRNA水平上,下调SCD1和FADS2降低了铁瘫相关的调控因子。综上所述,这些发现表明SCD1和FADS2代谢基因的缺失会导致铁死亡。

EGLN1/c-Myc诱导的淋巴特异性解旋酶通过脂质代谢基因表达的改变抑制铁死亡

作者发现肺癌肿瘤中LSH、EGLN1和EGLN3 mRNA水平高表达,而EGLN2 mRNA水平没有变化(数据未显示)。此外,LSH在肺ADC和SCC中的表达均较高。EGLN1、EGLN3和LSH在所有肺癌中均有所增加,上面现象表明LSH和EGLN1之间存在很强的相关性。

在肺癌细胞中过表达LSH或敲除LSH后的EGLN1蛋白水平,发现LSH没有改变了EGLN1的表达。当EGLN1在细胞中过表达,LSH的表达增加。EGLN1的下调降低了LSH的mRNA表达和细胞生长,上面的现象表明EGLN1调控LSH的表达。

在蛋白水平上,EGLNs的抑制增加了HIF1α,降低了LSH的表达,而抑制EGLN/PHD进一步降低了对erastin反应的铁死亡。当HIF-1α被诱导时,它立即破坏c-Myc复合物[38-40]。当抑制EGLNs和诱导HIF-1α后,c-Myc的表达均下降。EGLN和原癌基因被招募的激光冲徊化启动子两个HIF-1α结合位点在肺癌细胞,而抑制EGLN活动后湾的治疗降低绑定激光冲徊化EGLN1和原癌基因的启动子区域。在A549细胞中,CoCl2处理后,EGLN1和c-Myc均被招募到LSH启动子区域(Supplementary Figure S10E-F)。上面的数据表明EGLN1通过抑制HIF1α诱导LSH的表达。

EGLN1/c-Myc诱导的淋巴特异性解旋酶通过脂质代谢基因表达的改变抑制铁死亡

EGLN1/c-Myc诱导的淋巴特异性解旋酶通过脂质代谢基因表达的改变抑制铁死亡

过表达LSH显著增加了体外所有细胞系的生长,并增加了体外迁移和侵袭。LSH增加了异种移植瘤中代谢相关基因,包括SCD1和FADS2的表达水平,显著增加了肿瘤大小、肿瘤体积和肿瘤重量。相反,LSH基因敲低导致细胞生长速率显著降低,并阻碍了集落的形成,减少了肿瘤体积、肿瘤形成和肿瘤重量,代谢相关基因SCD1和FADS2的表达水平下降,而两组小鼠的体重没有明显变化。在肺肿瘤中LSH mRNA增加。在肺ADC和SCC组织中表达明显增加。LSH表达降低与所有肺癌和adc的总生存率相关,但与肺SCCs无关。综上所述,LSH在肺癌进展中作为一种致癌基因发挥作用。此外,作者提出了lsh介导的铁死亡抑制和肺肿瘤发生增强的模型。在这个模型中,LSH被c-Myc上调,而c-Myc通过egln1介导的HIF-1α抑制在LSH启动子上富集。诱导的LSH与WDR76相互作用,WDR76反过来上调脂质代谢基因,包括GLUT1、SCD1和FADS2。这些代谢基因抑制脂质ROS和细胞内铁的积累。LSH抑制铁死亡最终会促进癌症的进展。

在本文中作者发现EGLN1和c-Myc通过抑制HIF-1α直接激活LSH的表达。LSH是一种DNA甲基化修饰剂,它与WDR76相互作用,通过激活脂质代谢相关基因,包括GLUT1,以及与铁死亡相关的基因SCD1和FADS2,进而参与Warburg效应,从而抑制铁死亡。其中WDR76以LSH和染色质修饰的方式依赖于DNA甲基化和组蛋白修饰来靶向这些基因的表达。此外,作者证明了LSH在肺癌的体内外作为致癌基因的作用。作者的研究阐明了c-Myc/ egln1介导的LSH表达抑制铁死亡的分子基础,可用于开发针对铁死亡的癌症治疗策略。

Thank you!


2021-05-17 原文

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