神经母细胞瘤人干细胞模型鉴定出驱动肿瘤起始和进展的四个 17 号染色体 q 臂基因

《Cancer Letters》：A Human Stem Cell Model of Neuroblastoma Identifies Four Chromosome 17q Genes that Drive Tumor Initiation and Progression

　　

摘要

神经母细胞瘤是一种儿科实体恶性肿瘤，主要起源于发育中的自主神经系统中低分化的交感肾上腺细胞。神经母细胞瘤的基因组特征表现为体细胞突变较少，而染色体拷贝数变异 (CNVs) 更为常见。神经母细胞瘤中最常见的两种遗传异常是 MYCN 的扩增和 17 号染色体长臂的不平衡获得 (17q+)，两者均与预后不良相关。虽然已有 MYCN 驱动的神经母细胞瘤小鼠模型，但尚不存在 17q+ 的小鼠模型。因此，17q+ 导致预后不良的机制在很大程度上仍 unknown。在此，我们使用神经母细胞瘤的人多能干细胞 (PSC) 模型表明，与单独 *MYCN* 扩增相比，17q+ 与 *MYCN* 扩增协同作用可加速肿瘤发生。我们在 17q 上鉴定了六个基因，它们在 17q+ PSC 衍生的肿瘤和 17q+ 神经母细胞瘤患者肿瘤中均上调（相比野生型 17q），与神经母细胞瘤患者的不良预后相关，并且在我们的 *MYCN*/17q+ 肿瘤中在蛋白质水平上过表达（相比单独 *MYCN*）。在这六个基因中，在 *MYCN*/17q+ 细胞中敲低 BIRC5、CDC6、IGF2BP1 或 TK1 可延长 体内 肿瘤潜伏期，并通过多种机制促进肿瘤进展。此外，在具有 17q+ 的神经母细胞瘤患者来源异种移植瘤中敲低 CDC6、IGF2BP1 和 TK1 可减缓 体内 生长。我们的发现为神经母细胞瘤肿瘤发生的潜在 17q 驱动因子和可能的治疗弱点提供了新的见解。

引言

神经母细胞瘤是一种起源于交感神经系统的胚胎性神经内分泌肿瘤¹。虽然神经母细胞瘤肿瘤可发生在交感神经系统内的任何位置，但它们最常发生在肾上腺髓质²。由于肾上腺髓质细胞来源于交感肾上腺细胞，而交感肾上腺细胞分化自躯干神经嵴细胞 (tNCCs)，因此神经母细胞瘤的起源细胞被认为是低分化的交感肾上腺细胞或 tNCCs³。尽管神经母细胞瘤的总体生存率多年来有所改善，但高危神经母细胞瘤患者的五年无事件生存率仍保持在 50% 左右，这表明迫切需要新的疗法来改善预后⁴。

对神经母细胞瘤肿瘤的基因组分析显示，复发性单核苷酸变异很少见，最常见的是约 10% 的病例中出现的间变性淋巴瘤激酶 (ALK) 突变 5, 6, 7。相比之下，MYCN 扩增更为频繁，发生在约 25% 的神经母细胞瘤患者中，包括 40% 的高危疾病患者 8, 9。最初的神经母细胞瘤小鼠模型是通过酪氨酸羟化酶 (TH) 启动子或多巴胺β-羟化酶 (DBH) 启动子驱动的 MYCN 错误表达¹⁰, ¹¹，以及 DBH 启动子驱动的 ALK^F1174L12 开发的。然而，染色体拷贝数变异 (CNVs) 在神经母细胞瘤中更为频繁¹³, ¹⁴，其中最常见的是 17 号染色体长臂获得 (17q+)，这与患者预后恶化密切相关¹⁵, ¹⁶, ¹⁷。最近，17q+ 被认为是高危疾病的特征性标志物¹⁸。然而，尚未有小鼠模型证明 17q+ 在肿瘤发生中是否起决定性作用，部分原因是小鼠和人类染色体之间基因对齐的缺失。为了弥补这一不足，我们最近开发并优化了高危神经母细胞瘤的人多能干细胞 (PSC) 模型¹⁹。使用该模型，我们表明 17q+ 可与 *MYCN* 癌基因扩增协同作用，加速 体内 神经母细胞瘤的肿瘤发生。此外，我们鉴定了位于 17q 上的四个感兴趣候选基因 (BIRC5、CDC6、IGF2BP1 和 TK1)，它们参与神经母细胞瘤的肿瘤起始，其中三个 (CDC6、IGF2BP1 和 TK1) 也参与肿瘤维持。

章节片段

动物

用于移植的免疫缺陷 (NOD-scid IL2rgamma^null 或 NSG) 6-8 周龄小鼠购自 Jackson Laboratories。小鼠在 CHLA 的动物护理设施中单独通风笼中饲养，并接受 12 小时光照/12 小时黑暗循环。所有实验均按照国家指南和法规进行，并获得了 CHLA IACUC 的批准。术前通过皮下注射布托啡诺 (Ethiqa 提供镇痛。

染色体 17q 获得与 MYCN 协同作用比单独 MYCN 驱动更快的肿瘤发生

为了测试 17q+ 是否促进神经母细胞瘤肿瘤发生，我们使用了我们之前优化的人多能干细胞模型¹⁹ (图 1A)。我们获得了两条自发获得 17q 获得并克隆衍生的人胚胎干细胞 (ESC) 系 (H7 和 H9)³⁸，17q 断点分别为 q11 (H7) 和 q21.1 (H9)，与患者中发现的断点相似³⁹ (图 S1A)。我们首先测试 17q+ 是否影响向神经母细胞瘤候选起源细胞 tNCC 和 的分化

讨论

染色体 17q 获得与神经母细胞瘤预后不良的关联早就为人所知¹⁵。许多研究通过使用基因工程小鼠模型、斑马鱼模型或神经母细胞瘤患者细胞系，指出位于 17q 上的基因作为候选肿瘤发生驱动因子，如 NME1、TBX2、BIRC5、ERBB2、TRIM37、PPM1D 和 IGF2BP1⁴⁷。然而，动物模型（特别是小鼠）的一个局限性是，不同物种的相同细胞类型对 的反应可能不同

CRediT 作者贡献声明

Hong-Wei Wu: 调查。Taneesh Kondapally: 验证，调查。Chintan Parekh: 监督，资金获取。Stephen S Roberts: 概念化。Michael J Zobel: 写作 – 审阅和编辑，调查。Tania Porras: 调查。John M Maris: 写作 – 审阅和编辑，监督，资源，资金获取。Bo Cheng: 写作 – 审阅和编辑，可视化，调查，形式分析，数据管理。Miller Huang: 写作 – 审阅和编辑，监督，

未引用参考文献

29.; 31..

伦理声明

作者未从参与者或其法定代理人处获得知情同意。本研究不是临床试验

本研究在研究开展地遵守相关法律法规和指南。本研究获得了机构审查委员会的批准。(批准号 CHLA-24-0025)

本研究符合 ARRIVE (动物研究：体内实验报告) 指南。本研究获得了

数据可用性

MYCN 和 MYCN/17q+ 肿瘤的 RNA 测序分析可在 dbGAP 数据库中找到 (研究登录号：phs004436.v1.p1)。本文未报告原始代码。关于本研究使用的资源、材料和试剂的进一步信息和请求应联系通讯作者 Miller Huang ([e-mail])，并由其满足。

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

数据可用性

MYCN 和 MYCN/17q+ 肿瘤的 RNA 测序分析可在 dbGAP 数据库中找到 (研究登录号：phs004436.v1.p1)。本文未报告原始代码。关于本研究使用的资源、材料和试剂的进一步信息和请求应联系通讯作者 Miller Huang ([e-mail])，并由其满足。

生成式人工智能

本研究的准备过程中未使用生成式人工智能技术。

资助

J. W. Tsai 获得了 美国国立卫生研究院 (NIH)/美国国立癌症研究所 (NCI) 1K08CA279908-02 的支持，Rally 基金会，Kids Join the Fight，St. Baldrick's 基金会，Griffin's Guardians，以及 Alex's Lemonade Stand 基金会。A. Tsakiridis 获得了 儿童癌症与白血病组织/小公主信托 (CCLGA 2023 20) 和 英国癌症研究中心 (项目基金奖 DRCPFA-Nov24/100001) 的支持。I. Barbaric 获得了 医学研究理事会 (MR/X000028/1, MR/X007979/1) 的支持。S. Asgharzadeh 获得了

利益冲突声明

? 作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。

致谢

我们感谢 Yves De Clerck 博士以及 Huang 实验室的成员给予的指导、建议和建设性意见。流式细胞术和/或分析工作在洛杉矶儿童医院萨班研究所的流式细胞术核心实验室完成。全基因组测序工作在洛杉矶儿童医院萨班研究所的空间生物学和基因组学核心实验室完成。体内生物发光成像研究是在小型

Wanqi Fang|Bo Cheng|Steven Pastor|Michael J. Zobel|Tania Porras|Hong-Wei Wu|Taneesh Kondapally|Stephen S. Roberts|Chintan Parekh|Jessica W. Tsai|Anestis Tsakiridis|Ivana Barbaric|Shahab Asgharzadeh|John M. Maris|Miller Huang

美国加利福尼亚州洛杉矶市，儿童癌症与血液病研究所，萨班研究所，洛杉矶儿童医院