Menin:维持肺癌细胞内稳态的关键 “管家”

【字体: 时间:2025年03月10日 来源:Cell Death & Disease 8.1

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  为探究 lysosome 和 mitochondria 基因转录的表观遗传机制,研究人员聚焦 menin,发现其对维持细胞器稳态至关重要。

  

在细胞的微观世界里,溶酶体(Lysosome)和线粒体(Mitochondria)就像两个忙碌的 “管家”,它们维持着细胞的正常运转。溶酶体负责清除细胞内的垃圾和废物,线粒体则为细胞提供能量。然而,这两个 “管家” 的工作是如何被精细调控的呢?长期以来,科学家们对溶酶体和线粒体在应激条件下的激活机制有了不少了解,但对于它们基因表达的表观遗传调控机制却知之甚少。

肺癌,作为全球范围内严重威胁人类健康的恶性肿瘤,其发病机制复杂多样。深入探究肺癌细胞内的分子调控机制,对于寻找新的治疗靶点和策略至关重要。在这样的背景下,厦门大学的研究人员开展了一项关于 menin 在肺癌中作用的研究,相关成果发表在《Cell Death and Disease》杂志上。


研究人员用到了多种关键技术方法。在动物实验方面,构建了多种基因型的小鼠模型,如野生型(WT)、肺泡 II 型细胞(ATII)特异性 Men1 敲除(KO)、ATII 特异性 KrasG12D突变以及二者结合的模型等。通过对这些小鼠模型的研究,观察相关基因表达变化及疾病发展情况。在细胞实验中,进行了 RNA 测序(RNA-Seq)、染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)、蛋白质免疫印迹(Western blotting)等实验,从基因转录、蛋白质表达以及表观遗传修饰等多个层面进行深入分析。同时,运用透射电子显微镜(TEM)观察细胞和细胞器的形态,利用各种荧光染色和探针技术检测相关指标,如溶酶体的功能、线粒体膜电位等。此外,还使用了多种细胞系,包括 A549、NCI-H157、16-HBE 等,从不同角度验证研究结果。


研究结果如下:


  1. Menin 维持溶酶体酶表达和功能:通过分析癌症基因组图谱(TCGA)中 537 例肺腺癌标本的转录组数据,发现 MEN1 低表达组中一些溶酶体基因显著低于 MEN1 高表达组。KEGG 分析显示 MEN1 表达与溶酶体途径显著相关。在 A549 细胞中进行 RNA-Seq 实验进一步证实,MEN1 敲低(KD)会下调某些溶酶体基因。通过多种实验方法,如 Western blotting、RT-qPCR、TEM、免疫荧光(IF)染色等,发现 Men1 在 KRASG12D驱动的肺癌中调节特定溶酶体基因的转录,且 Men1 缺失会导致溶酶体功能严重受损。

  2. MEN1 缺失抑制自噬通量:自噬通量的完成依赖于完整的溶酶体功能。研究发现,MEN1-KD 抑制了自噬体的形成,且这种调节方式不依赖于 mTORC1 和 AMPK 通路。通过对 TCGA-LUAD 和 A549 细胞的转录组分析、RT-qPCR 以及 Western blotting 等实验,证实 Men1 通过调节关键自噬效应分子的表达来调控自噬通量,且在体内实验中也得到了验证。

  3. Menin 通过 H3K4me3 维持溶酶体基因表达MLL 介导的 H3K4me3 重塑是 Menin 调节基因转录的重要表观遗传机制。研究表明,Menin 依赖 MLL 调节某些溶酶体和自噬基因的转录。通过使用 MI-3 抑制剂、siRNA 介导的 MLL1 或 MLL4 敲低实验,以及 ChIP-seq、ChIP-qPCR 等实验,证实 Menin 介导的 H3K4me3 是调节特定溶酶体和自噬基因转录的表观遗传机制,且该调节机制独立于经典的 mTORC1 通路。

  4. Menin 表观遗传调控 TFE3:TFE3 和 TFEB 是直接控制溶酶体和自噬基因表达的重要转录因子。研究发现,Menin 虽不与 TFE3 和 TFEB 相互作用,但能通过 MLL 介导的 H3K4me3 调节 TFE3 的转录。TFE3 的表达变化会影响溶酶体基因的转录,表明 Menin 对溶酶体基因的转录调控部分依赖于对 TFE3 的调控,且该调控机制不依赖于 mTORC1。

  5. Loss of menin 导致线粒体功能障碍:Menin 缺失会导致线粒体形态改变,如嵴和体积减少,线粒体膜电位降低,mtDNA 完整性受损,线粒体呼吸功能受抑制,且抑制了线粒体自噬(Mitophagy)。研究还发现,Menin 通过依赖溶酶体的机制和直接调节 TFAM 来维持线粒体功能,且 Menin 对溶酶体和自噬基因的调节存在细胞特异性。

  6. Loss of menin 导致肺癌代谢物积累:Menin 缺失导致 MEN1-KD A549 细胞中电子致密颗粒增加,出现糖原和蛋白质沉积,细胞内活性氧(ROS)水平升高,DNA 损伤增加。建立的 Men1f/f;Ubc-Cre(Men1Δ/Δ)小鼠模型出现典型肺癌形态,且在肺癌组织中,溶酶体和线粒体相关蛋白表达下调。SP2509 可有效恢复因 Men1 缺失而下调的基因表达,减轻 DNA 损伤。此外,Menin 对溶酶体和线粒体基因的调节不依赖于 P53-RB1 通路。


研究结论和讨论部分指出,Menin 是一种新型的转录调节因子,通过表观遗传机制直接控制溶酶体和线粒体基因的表达。Menin-MLL 调节的 H3K4me3 重塑是维持机体发育和内稳态的保守表观遗传机制,其功能障碍可能导致多种疾病。Menin 在 KRAS 激活的细胞中对溶酶体和自噬基因的调节作用更为显著,Men1 缺失可能通过抑制溶酶体功能和线粒体自噬,促进 KRAS 诱导的肺癌发生发展。此外,Menin 对溶酶体和线粒体功能的调节存在细胞特异性,其与内质网相关基因的关系也值得进一步研究。这项研究揭示了 Menin-MLL 介导的 H3K4me3 重塑在维持细胞器稳态中的重要生物学和机制意义,为肺癌的治疗提供了新的潜在靶点和理论依据。

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