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全基因组CRISPR文库筛选鉴定NAE1是HCC缺氧存活的关键基因

批准号:
82103196
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张硕
依托单位:
学科分类:
肿瘤发生
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张硕

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
目前,肝细胞癌(HCC)尚缺乏有效治疗方法。缺氧是肝癌的重要特征。我们通过全基因组CRISPR/Cas9敲除文库筛选,鉴定并验证了对HCC缺氧存活起到关键作用的基因,发现调控类泛素化(Neddylation)修饰的蛋白NAE1在筛选结果中位于前列。NAE1与HCC的无病生存期及总生存期负相关。我们将探索HCC临床样本中NAE1的表达水平及临床意义。有趣的是,我们发现NAE1通过调控HIF-1α的Neddylation修饰,稳定HIF-1α表达。我们将通过质谱和免疫沉淀鉴定并验证NAE1调控的HIF-1α的Neddylation修饰以及具体修饰位点,进一步探索NAE1通过稳定HIF-1α影响HIF-1调控的血管生成和代谢编程。更有意义的是,我们将证明NAE抑制剂能够在体外及体内影响HCC的血管生成和代谢重编程,特异性阻断缺氧HCC细胞的生长。NAE1有望成为HCC的一个新的诊疗靶点。
英文摘要
Hepatocellular carcinoma (HCC) is a primary liver malignancy which has no effective therapeutic strategy. Hypoxia is an important characteristic of HCC. Genome-wide CRISPR/Cas9 knockout library screening was a powerful tool used to identify and validate genes that are critical for HCC hypoxia survival. We found that NAE1, a critical regulator of protein Neddylation, was listed as top gene of our screening results. NAE1 was negatively correlated with disease-free survival and overall survival of HCC. We will explore the over-expression and clinical significance of NAE1 in HCC clinical samples. Interestingly, we found that NAE1 stabilizes HIF-1α by facilitating its Neddylation. We will use mass spectrometry and immunoprecipitation to confirm the Neddylation of HIF-1α mediated by NAE1 and validate specific Neddylation sites of HIF-1α. We will further explore the role of NAE1 in regulating HIF-1-mediated angiogenesis and metabolic reprogramming in normoxic and hypoxic conditions. More importantly, we will demonstrate that NAE inhibitor, MLN4924, specifically targets hypoxic HCC cells and blocks HCC growth in vitro and in vivo through inhibition of HIF-1-mediated angiogenesis and metabolic reprogramming. NAE1 is expected to be a new diagnostic target for HCC.
缺氧是实体性肿瘤的普遍特征,在肝细胞癌(HCC)中犹为常见。我们前期在肝癌细胞MHCC97L中通过全基因组CRISPR/Cas9敲除文库筛选,发现调控拟素化(Neddylation)修饰的蛋白NAE1在筛选结果中位于前列,对HCC的缺氧存活起关键作用。我们通过TCGA、spatialTME、CNHPP数据库分析,并在本地HCC样本库中通过RT-qPCR、单细胞测序等技术,发现HCC中NAE1在转录及翻译水平均过表达,并与缺氧诱导因子HIF-1α下游基因表达呈正相关。临床病理分析显示NAE1过表达与疾病的进展、侵袭、不良预后相关。我们通过免疫共沉淀验证了HIF-1α的拟素化修饰,发现NAE1-敲除(KO)/敲低(KD)抑制HIF-1α在缺氧条件下(1% O2)的稳定。NAE1-KO/KD在体外和体内,尤其是在缺氧条件下抑制HCC的增殖,促进细胞凋亡。转录组测序结果显示,NAE1-KO限制缺氧条件下HIF-1α下游基因的诱导,其中糖酵解途径及线粒体功能基因的表达抑制尤为显著。我们进一步使用靶向代谢组学及同位素示踪质谱检测证明缺氧条件下NAE1通过稳定HIF-1α表达,正向调控HIF-1α下游的糖酵解途径,通过代谢重编程对肿瘤生长起促进作用。有意义的是,我们使用了一种特异性的NAE抑制剂MLN4924,通过抑制HIF-1α的拟素化修饰,限制HIF-1α下游糖酵解基因的缺氧诱导,抑制糖酵解,在体外和体内抑制HCC的缺氧存活。值得一提的是,我们发现MLN4924通过调控HIF-1α下游糖酵解途径对抗VEGF治疗起增敏作用。.综上,本项目首次通过全基因组CRISPR文库筛选揭示了HIF-1α的拟素化修饰酶NAE1对肝癌的缺氧生存起关键作用。NAE1通过拟素化修饰稳定HIF-1α表达,调控HIF-1α下游的代谢重编程,促进HCC生长。通过特异性拟素化抑制剂MLN4924靶向NAE1有望作为HCC治疗的一个新靶点,为进一步的临床应用提供了理论依据。
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