适应性实验室进化揭示的EdU耐药机制与转录组脱敏现象

《Cancer Cell International》：Evolutionary trajectory of 5-ethynyl-2’-deoxyuridine resistance in HeLa cells reveals a non-linear transition from acute replication stress to transcriptomic desensitization

摘要

在癌症治疗中，对类似核苷化合物的耐药性是一个严重的问题。然而，对于许多具有临床前景的分子而言，癌细胞在药物压力不断增加下的转录途径尚未得到充分阐明。5-乙炔基-2′-脱氧尿苷（EdU）是一种胸苷类似物，它具有直接的抗肿瘤作用，并且能够穿过血脑屏障。这种化合物通过抑制胸苷酸合成酶来导致细胞死亡，阻断DNA复制过程，并引发由核苷酸切除修复机制引起的无谓循环。为了全面了解在单一浓度水平下对EdU的耐药性机制，研究人员对HeLa细胞进行了适应性实验室进化（ALE）实验，通过逐渐增加EdU的剂量（从0.1 μM到80 μM），获得了六个不同的耐药细胞系阶段。耐药性的特征包括：细胞存活率测试、利用免疫印迹技术量化EdU在基因组DNA中的整合情况、通过明场显微镜进行形态学观察，以及对所有细胞系在未处理和急性EdU处理（10 μM, 24小时）条件下的RNA测序。在本研究中，发现了五个具有不同耐药机制的阶段：应激准备阶段、持续的细胞样AP-1/EGR激活状态、AP-1信号重新激活及复杂性的增加、由ATF4介导的整合应激反应达到顶峰的阶段，以及最终出现的EdU反应导致的转录沉默。值得注意的是，那些几乎完全耐受EdU诱导细胞死亡的细胞在急性药物处理后不会产生任何典型的AP-1相关、炎症相关或与DNA损伤相关的转录反应；我们将这种状态定义为转录组脱敏。这种机制与传统核苷类似物耐药性完全不同：既没有胸苷酸合成酶的上调，也没有参与DNA修复的基因上调。相反，其耐药机制依赖于两个关键因素：由于SLC22A17转运蛋白的抑制而导致的代谢排除，以及细胞身份逐步向部分上皮-间质转化（EMT）表型的转变。这些发现使EdU耐药性成为一个有用的模型，有助于研究细胞对遗传毒性核苷类似物的转录适应过程，特别是那些与胶质母细胞瘤联合疗法直接相关的过程。