基因发育。1999年10月15日;13(20): 2678–2690.
Bmi-1通过INK4a/ARF抑制c-Myc诱导的凋亡,从而与c-Myc在肿瘤发生中协同作用
,1,三 ,2,三 ,1 ,1 ,2和1,4
杰奎琳·雅各布斯
1分子致癌和2荷兰癌症研究所分子遗传学部和生物医学遗传学中心,荷兰阿姆斯特丹1066 CX
布兰卡·谢扬
1分子致癌和2荷兰癌症研究所分子遗传学部和生物医学遗传学中心,荷兰阿姆斯特丹1066 CX
詹·威勒姆·冯肯
1分子致癌和2荷兰癌症研究所分子遗传学部和生物医学遗传学中心,荷兰阿姆斯特丹1066 CX
卡琳·基布姆
1分子致癌和2荷兰癌症研究所分子遗传学部和生物医学遗传学中心,荷兰阿姆斯特丹1066 CX
安东·伯恩斯
1分子致癌和2荷兰癌症研究所分子遗传学部和生物医学遗传学中心,荷兰阿姆斯特丹1066 CX
马尔滕·范·洛胡岑(Maarten van Lohuizen)
1分子致癌和2荷兰癌症研究所分子遗传学部和生物医学遗传学中心,荷兰阿姆斯特丹1066 CX
1分子致癌和2荷兰癌症研究所分子遗传学部和生物医学遗传学中心,荷兰阿姆斯特丹1066 CX
三这些作者为这项工作做出了同等贡献。
4通讯作者。
收稿日期:1999年8月3日;1999年9月3日接受。
摘要
bmi-1和myc癌基因在小鼠淋巴腺病中密切合作,但这种合作的基础尚不清楚。我们最近确定ink4a–ARF肿瘤抑制基因座是多梳组转录抑制因子Bmi-1的关键下游靶点。其他研究表明,Myc诱导凋亡的部分能力取决于p19arf的诱导。在这里,我们证明Bmi-1下调ink4a–ARF是其在肿瘤发生中与Myc合作的能力的基础。bmi-1杂合性通过增强c-myc诱导的细胞凋亡抑制Eμ–myc小鼠的淋巴腺病。我们观察到bmi-1细胞凋亡增加−/−淋巴器官,可通过缺失ink4a–ARF或过度表达bcl2来挽救。此外,Bmi-1与Myc合作,通过抑制Myc介导的p19arf诱导和凋亡,以ink4a–ARF依赖性方式促进原代胚胎成纤维细胞(MEF)的增殖和转化。我们观察到Eμ–myc转基因与ink4a–ARF杂合性之间的紧密协作,伴随着野生型ink4a-ARF等位基因的丢失和高度侵袭性B细胞淋巴瘤的形成。总之,这些结果加强了Bmi-1作为ink4a–ARF的剂量依赖性调节器的关键作用,后者反过来通过激活癌基因(如c-myc)来阻止肿瘤的发生。
关键词:凋亡、肿瘤发生、bmi-1、c-myc、ink4a–ARF
c(c)-myc公司是的成员myc公司bHLH/LZ转录因子家族,也包括N-myc公司和L-myc公司基因。Myc是许多细胞过程的关键调节器,如细胞增殖和分化,其在发育过程中的重要性被细胞死亡所忽视-myc公司−/−胚胎期9.5–10.5天的小鼠(Davis等人,1993年). 在许多人类肿瘤中发现Myc表达被解除调控(Nesbit等人,1999年)转基因动物模型已令人信服地证明Myc过度表达可诱导肿瘤发生(Langdon等人,1986年;Henriksson和Lusher,1996年;法奇尼和佩恩1998). 然而,除了作为一种促生长癌基因外,Myc还是一种有效的凋亡诱导剂,其机制尚待阐明(Evan等人,1992年;普伦德加斯特1999). 解开这些机制的部分困难源于观察到Myc可以激活p53依赖性和非依赖性细胞凋亡途径;这些途径的相对贡献取决于细胞类型和环境(Hermeking和Eick 1994;Wagner等人,1994年;Hsu等人,1995年;Sakamuro等人,1995年). 此外,Myc诱导的原代小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)凋亡需要CD95(Fas/APO-1)信号,并被IGF-1信号和Bcl-2抑制(Hueber等人,1997年). 在体内,细胞凋亡抑制使诸如Myc和E1A等癌基因获得充分的致癌活性,并允许有效的肿瘤生长。这一点可以通过myc公司-转基因诱导的肿瘤发生bcl-2基因(Strasser等人,1990年a)或通过删除p53(Blyth等人,1995年;Elson等人,1995年).
过去,使用Eμ–myc公司转基因小鼠已经鉴定出许多与c基因协同作用的基因-myc公司B细胞淋巴瘤的发病。这些屏幕识别的合作者包括体重指数-1致癌基因是哺乳动物转录抑制因子多梳组的成员(Haupt等人,1991年;van Lohuizen等人,1991年;van Lohuizen 1998年;Jacobs和van Lohuizen 1999年). 肿瘤发生中的协同作用已被体重指数-1/myc出生时死于大规模白血病的双转基因小鼠(Haupt等人,1993年;Alkema等人,1997年). 鉴于这明确确立了myc公司和体重指数-1,由于对Bmi-1和Myc的精确功能和关键下游靶点的认识不足,这一现象的分子基础尚不清楚。最近,我们发现,Bmi-1是ink4a–ARF编码两种肿瘤抑制因子p16和p19arf的基因座(Jacobs等人,1999年). p16通过抑制细胞周期蛋白D依赖性激酶来抑制细胞周期进程,从而阻止肿瘤抑制因子Rb的磷酸化(Serrano等人,1993年)而p19arf通过与Mdm2结合来阻止抑癌基因p53的降解和失活(Pomerantz等人,1998年;Weber等人,1999年).体重指数-1−/−小鼠的造血系统和大脑都存在严重的增殖缺陷。此外,在体外,体重指数-1−/−MEFs增殖不良且过早衰老。另一方面,发现MEF中Bmi-1的过度表达可以延缓衰老并促进永生(Jacobs等人,1999年). Bmi-1表达缺失伴随着p16和p19arf水平的升高,而Bmi-1过度表达导致p16和p19arf的下调体重指数-1−/−;ink4a–ARF−/−脑脊髓炎和淋巴和神经系统缺陷的戏剧性抢救体重指数-1−/−;ink4a–ARF−/−小鼠表示ink4a–ARF是Bmi-1调节细胞增殖的关键下游靶点(Jacobs等人,1999年). 此外,我们观察到Bmi-1以剂量依赖的方式调节ink4a–ARF这与我们在体内的观察结果类似,其中Eμ–体重指数-1纯合Eμ–中的转基因剂量体重指数-1转基因小鼠导致肿瘤发生率显著增加(Alkema等人,1997年). 其他研究表明,Myc诱导的p53依赖性凋亡部分依赖于p19arf的存在,Myc上调MEF中p19arf而非p16蛋白水平(Zindy等人,1998年). 最近的报告表明ink4a–ARF不是针对Myc的,而是代表一种更普遍、更重要的故障保护,它在异常的有丝分裂信号上被激活,并阻止原代细胞永生化和转化(有关综述,请参阅Evan和Littlewood 1998年;Ruas和Peters 1998;谢尔1998;Sharpless和DePinho 1999). 根据这些最近的观察结果,我们调查了ink4a–ARFBmi-1位点是Bmi-1和Myc在肿瘤发生中显著合作的基础,并验证了p16和p19arf的相对水平对其抑癌作用至关重要的假设。
结果
Bmi-1杂合性通过增强c-myc诱导的细胞凋亡减少Eμ–myc小鼠的淋巴腺病
最初的目的是识别除体重指数-1能够加速Eμ中B细胞淋巴瘤的发病myc公司转基因小鼠,我们将Eμ–myc公司转基因小鼠进入体重指数-1突变背景,并将这些小鼠用于MoMLV插入突变筛选。我们发现Eμ-myc公司转基因不能挽救小鼠造血系统的增殖缺陷体重指数-1−/−小鼠,这与我们之前在MEFs中的发现一致(Jacobs等人,1999年). 事实上,由于生长不良和严重的神经缺陷体重指数-1−/−和Eμ–myc;体重指数-1−/−在新生儿感染MoMLV导致任一基因型淋巴瘤形成之前,需要处死这些小鼠。然而,有趣的是,我们观察到Bmi-1对Eμ–中MoMLV诱导和自发淋巴瘤的发病具有明显的基因剂量效应myc;体重指数-1+/−老鼠。比较Eμ–myc;体重指数-1+/−Eμ的小鼠myc;体重指数-1+/+小鼠(图1 A、B)。
为了揭示淋巴瘤延迟发病的基础体重指数-1+/−小鼠,我们研究了Eμ–myc公司和Eμ–myc;bmi-1型+/−通过流式细胞术进行更详细的分析。Eμ–myc公司转基因小鼠的B220含量增加了一倍+骨髓中存在前B细胞,这是较高增殖率的结果(图。C类;Langdon等人,1986年;Harris等人,1988年). 引人注目的是,单位为Eμ–myc;bmi-1型+/−小鼠骨髓中前B细胞的这种扩增几乎完全消失,B220的数量+这些细胞与野生型小鼠的细胞相似(图。C) ●●●●。Eμ中无前B细胞膨胀myc;体重指数-1+/−小鼠可以通过前B细胞增殖速率的降低来解释。或者,体重指数-1+/−小鼠的B细胞分化可能部分受阻,这不能被c-Myc过度表达所推翻。第三,c-Myc诱导的凋亡可能在体重指数-1+/−老鼠。第一种可能性不大可能,因为我们发现Eμ–myc;体重指数-1+/−小鼠与Eμ–myc公司高前向散射信号(FSC-H;图。C) ●●●●。此外,我们没有分化阻滞的迹象,因为体重指数-1+/−小鼠的脾脏和骨髓中的B细胞成分与野生型同窝小鼠相似(van der Lugt等人,1994年). 我们确定Eμ–myc;体重指数-1+/−细胞凋亡增加可导致小鼠死亡。野生型Eμ-骨髓细胞悬液myc公司和Eμ–myc;体重指数-1+/−在没有特定生长因子的情况下培养小鼠24小时,随后对膜联蛋白-V和细胞表面B220进行染色。流式细胞仪分析显示凋亡比率(Annexin-V+/附件蛋白-V−)Eμ–myc公司与野生型小鼠(3/4)相比,小鼠(6/2)显著增加,证实了c-Myc过度表达诱导B淋巴细胞凋亡的概念(Prasad等人,1997年). 有趣的是,Eμ–myc;体重指数-1+/−小鼠(11/2)(图。D) 。可行B220+淋巴细胞(B220+/PI公司−; 图。E) 的Eμ–myc;体重指数-1+/−小鼠表现出细胞凋亡增加10倍(Annexin-V+),与Eμ-相比myc公司老鼠。这些结果表明体重指数-1+/−小鼠更容易受到c-Myc诱导的凋亡的影响,这导致Eμ–中前B细胞的扩张显著减少myc;体重指数-1+/−老鼠。
杂合性体重指数-1导致对淋巴腺病的敏感性降低,c-Myc诱导的前B细胞扩张消失,c-Myc诱导的凋亡增加。(A类)MoMLV诱导的Eμ–肿瘤的Kaplan-Meier生存曲线myc公司,Eμ–myc;体重指数-1+/−,体重指数-1+/−、野生型对照小鼠和(B类)Eμ中自发(前)B细胞淋巴瘤myc公司和Eμ–myc;体重指数-1+/−老鼠。(C类)野生型骨髓细胞悬液的流式细胞仪分析,bmi-1型+/−,Eμ–myc公司和Eμ–myc;体重指数-1+/−5-7周龄小鼠。B220细胞表面染色显示细胞大小增加(FSC-H),这是由于Eμ–myc公司和Eμ–myc;体重指数-1+/−小鼠和Eμ中前B细胞室的扩大myc公司但不在Eμ中myc;体重指数-1+/−老鼠。(D类)野生型Eμ–骨髓细胞悬液的流式细胞仪分析myc公司和Eμ–myc;体重指数-1+/−小鼠,在不含特定生长因子的10%FBS/RPMI培养基中培养24小时,随后进行B220和Annexin-V染色+/附件蛋白-V−B220的+淋巴细胞表明骨髓源性前B细胞的凋亡敏感性。(E类)Annexin-V百分比分析+生存B220池中的细胞+/PI公司−淋巴细胞显示Eμ增加10倍myc;体重指数-1+/−小鼠与Eμ–myc公司老鼠。
Bmi-1通过下调ink4a–ARF抑制Myc诱导的MEFs细胞凋亡
c-Myc诱导的Eμ–细胞凋亡增加myc;体重指数-1+/−小鼠以及由此导致的前B细胞扩张的减少和这些小鼠对淋巴瘤的敏感性降低,表明Bmi-1抑制c-Myc诱导的凋亡,这是它们在肿瘤发生中合作的基础。为了在更明确的条件下研究这一假设,我们分析了c-Myc在过度表达Bmi-1的原发性MEF中诱导凋亡细胞死亡的能力。在低血清和高血清条件下,过度表达不同水平Myc的野生型MEF(见材料和方法)迅速发生凋亡(图。A) ●●●●。然而,感染体重指数-1-编码逆转录病毒,与对照感染的MEFs相比,表明Bmi-1的过表达抑制c-Myc诱导的细胞凋亡(图。A) ●●●●。
Bmi-1与Myc协同抑制c-Myc诱导的细胞凋亡并强烈促进增殖ink4a–ARF-依赖方式。(A类)野生型MEFs在第1代用对照(C)或体重指数-1(B) 编码逆转录病毒,在第2代与任一对照,myc公司ER或myc公司HA编码逆转录病毒并通过台盼蓝排除法分析细胞活性。myc公司在存在(圆形)或不存在(方形)125 n的情况下,将ER过表达细胞群转移到0.1%血清后0、24和48小时,分析细胞死亡情况米4欧姆(左边).myc公司将HA过表达细胞转移到0.1%(圆形)或10%(方形)血清中后0、24和48小时,分析其细胞死亡情况(正确的). 在整个实验期间,控制感染的培养物存活率>95%(未显示)。亚倍体DNA含量细胞的流式细胞术分析证实了细胞凋亡。(B类)野生型或ink4a–ARF−/−MEF在第1代感染对照组(C,黑条)或体重指数-1(B,灰条)-编码逆转录病毒,随后在第2代与对照或myc公司ER逆转录病毒。感染后,将细胞转移到0.1%的血清中24小时后分析亚倍体DNA含量(左边)或在125n存在下转移至0.1%血清后0、16和26小时通过台盼蓝排除法检测细胞活力米4欧姆(正确的). (□+/+C;█ +/+B类;○ −/−C类;●−/−B.)(C类)野生型生长曲线(左边)或ink4a–ARF−/−MEF公司(正确的)在第1代感染对照(C)或体重指数-1(B) 编码逆转录病毒并在第2代进行控制或myc公司HA编码逆转录病毒。实验进行了至少三次,产生了高度可重复的结果(所有标准偏差都在所示平均值的10%以内),并且通过使用myc公司ER逆转录病毒在没有4-OHT的情况下。(□控制C;█ 控制B;○ MycHA C;● MycHA B)
Myc诱导的部分凋亡是通过p19arf介导的,并且显示依赖于p53(Zindy等人,1998年). 由于Bmi-1是p16和p19arf表达的负调控因子,我们分析了Bmi-1通过下调细胞因子的表达在多大程度上抑制Myc诱导的凋亡ink4a–ARF为此,早期传代中Myc诱导的凋亡水平ink4a–ARF−/−原发性MEF和Bmi-1过度表达ink4a–ARF−/−比较MEF。正如预期,ink4a–ARF−/−MEF对p19arf和p16都有缺陷(Serrano等人,1996年),显示对Myc的凋亡反应减弱(图。B和A、 (见下文)。相反,Bmi-1在ink4a–ARF−/−与Myc诱导的凋亡相比,MEF并没有导致对Myc诱导凋亡的敏感性进一步显著降低ink4a–ARF−/−含有内源性Bmi-1水平的MEF(图。B) ●●●●。这表明Bmi-1抑制c-Myc诱导的细胞凋亡的大部分能力取决于功能性p19arf/p16。
剂量效应ink4a–ARF+/−MEF公司。(A类)墨迹4a–ARF+/−在Myc过度表达方面,MEF的增殖速度快于野生型MEF。野生型生长曲线(+/+),ink4a–ARF+/−(正确的)、和ink4a–ARF−/−(左边)MEF感染myc公司ER病毒,存在(填充符号)或不存在(开放符号)250n米4欧姆。GFP表达分析和Western分析证实野生型和ink4a–ARF+/−MEF公司。(B类)ink4a–ARF+/−MEF更容易通过myc公司和ras(拉斯维加斯)致癌基因。第一代野生型,ink4a–ARF+/−、和ink4a–ARF−/−MEF感染了对照组或ras(拉斯维加斯)V12版本-编码逆转录病毒并随后感染对照或myc公司HA逆转录病毒,然后分析细胞在软琼脂中的生长情况。在软琼脂中培养2周后拍摄照片。使用myc公司ER病毒在没有4-OHT的情况下,除了菌落较小外。(C、 D类)ink4a–ARF+/−;ras/myc转化的菌落保留了野生型ink4a–ARF等位基因和野生型p53。(C类)野生型(WT)和突变型(KO)的PCR分析ink4a–ARF16个测试中9个的等位基因ink4a–ARF+/−;ras/myc软琼脂集落,在电镀2周后从琼脂中取出,直接进行DNA分离和PCR。仅发现一例患者出现LOH。从野生型中分离出的DNA,ink4a–ARF+/−、和ink4a–ARF−/−MEF作为控制(D类)突变型p53蛋白的Western blot分析墨迹4a–ARF+/−;ras/myc软琼脂菌落,在平板后1.5周从琼脂中取出,在裂解前膨胀1.5周。根据标准3T3协议(通道1)含有突变型p53,但主要为野生型MEF(车道2)和12个测试中的6个ink4a–ARF+/−;ras/myc集落(泳道3–8)没有。微管蛋白水平分析作为负荷控制。(E类)野生型和非野生型p19arf的诱导ink4a–ARF+/−MEF感染myc公司ER病毒,在有(+)或无(−)250 n的条件下培养米4欧姆。
在一组过度表达Myc并保持在10%血清条件下的成纤维细胞中,增殖增强和凋亡之间存在平衡(Evan等人,1992年;Zindy等人,1998年). 由此产生的净增殖率可以通过对抗Myc诱导的凋亡而提高。在我们手中,在高血清条件下过度表达Myc的MEF的净增殖率与对照感染的MEF相似(图。C) ●●●●。Bmi-1过度表达的MEF增殖速度快于对照细胞(Jacobs等人,1999年). 引人注目的是,当Bmi-1和Myc共存时,在野生型MEF中可以看到增殖率的协同增加(图。C) ●●●●。此效果需要功能ink4a–ARF,因为在ink4a–ARF−/−MEF过度表达Myc和Bmi-1(图。C) ●●●●。Bmi-1和Myc表达水平的Western blot分析显示,在受感染的野生型和墨迹4a–ARF−/−MEF(图。B类;数据未显示)。综上所述,这表明Bmi-1和Myc过度表达对MEF增殖能力的协同作用主要通过以下途径介导ink4a–ARF.
(A类)Myc和Bmi-1诱导MEF转化。用对照或体重指数-1-编码逆转录病毒并随后进行控制或myc公司-编码逆转录病毒。(B类)Bmi-1抑制Myc对p19arf的诱导。Western blot显示首先感染对照组(C)或bmi-1型(B) 逆转录病毒和随后的对照,myc公司HA,或myc公司ER逆转录病毒。微管蛋白水平作为负荷控制。Bmi-1的过度表达导致p16和p19arf水平的下调,而MycHA或MycER的过度表达(在没有4-OHT的情况下)诱导p19arf而非p16。Bmi-1和Myc的联合过表达完全消除了Myc对p19arf的诱导作用。
Bmi-1通过抑制Myc介导的p19arf上调与Myc协同转化
为了研究Bmi-1和Myc的联合过度表达除了增加细胞增殖外,是否还可以转化原代MEF,我们分析了它们在半固体培养基中的生长能力。野生型感染,ink4a–ARF+/−、和ink4a–ARF−/−有控制权的MEF或体重指数-1-编码逆转录病毒不会引起转化(图。A) ●●●●。仅转化Myc的过度表达ink4a–ARF−/−,但不是ink4a–ARF+/−或野生型MEF(图。A和B) ●●●●。相反,这些野生型和ink4a–ARF+/−当过表达Bmi-1和Myc时,MEFs在软琼脂中迅速产生菌落(图。A) 表明Bmi-1和Myc不仅在体内转化中协同作用,而且在体外原代MEF中协同作用。然而,与Ras和Myc共表达相比,这里观察到的凤尾鱼非依赖性生长效率更低(产生更小的菌落)(图。B) ●●●●。
上述实验清楚地表明myc公司和体重指数-1主要通过ink4a–ARF由于Bmi-1和Myc对p19arf表达有相反的影响,我们有兴趣了解当Bmi-1与Myc在MEF中过度表达时,p19arf蛋白水平会发生什么变化。在MEFs中Myc的过度表达导致p19arf水平的预测增加。然而,在MEF中首次感染体重指数-1编码逆转录病毒,然后用myc公司编码病毒,未发现p19arf的诱导,而在所有myc公司病毒感染的MEF(图。B、 显示用于不同myc公司-逆转录病毒)。这清楚地表明,Bmi-1禁止Myc上调p19arf,结合上述数据,强烈表明这是他们在转化过程中有效合作的基础。
Myc和Ras在ink4a-ARF中的过度表达+/−MEF揭示了剂量效应
Bmi-1过表达导致p16和p19arf的强烈下调,然而,它并没有完全消除它们的表达(图。B) ●●●●。然而,我们观察到Bmi-1和Myc明显的剂量依赖性协同作用,这在很大程度上是通过Bmi-1对ink4a–ARF轨迹。这意味着Myc诱导的凋亡和转化对细胞ink4a–ARF剂量。Myc过度表达ink4a–ARF+/−与Myc过度表达的野生型MEF相比,MEF似乎对Myc诱导的凋亡更具抵抗力,并且在高血清条件下增殖更快(图。A) ●●●●。评估是否ink4a–ARF基因剂量与转化效率的提高相关,我们感染了野生型,ink4a–ARF+/−、和ink4a–ARF−/−连续两轮受控或ras(拉斯维加斯)-编码逆转录病毒并随后进行控制或myc公司-编码逆转录病毒并分析其在半固体培养基中增殖的能力(图。B) ●●●●。据其他人报道(Serrano等人,1996年),野生型和ink4a–ARF+/−单靠Myc或Ras不容易转化MEF。相反,ink4a–ARF−/−MEF可以由Ras或Myc转化。通过Ras和Myc组合对所有三种基因型进行转化,其中Ras和Myc的转化率最高ink4a–ARF−/−MEF,与野生型或ink4a–ARF+/−MEF(图。B) ●●●●。然而,最初在ras(拉斯维加斯)+myc公司-受感染的野生型或ink4a–ARF+/−MEF,从~1.5周后,许多野生型菌落停止生长并死亡(图。B) ●●●●。相比之下ras(拉斯维加斯)+myc公司-受感染的ink4a–ARF+/−MEFs导致更多更大的菌落继续生长(图。B、 底部)。野生型MEF,效率更高,ink4a–ARF+/−MEF可以通过丢失剩余野生型来抵抗Myc诱导的凋亡ink4a–ARFp53等位基因或突变。(Zindy等人,1998年; J.Jacobs,未解释)。然而,软琼脂菌落分析ink4a–ARFPCR基因型和抗突变型和野生型p53抗体的Western blotting检测p53状态表明,16个菌落中只有1个表现出杂合性缺失(LOH)ink4a–ARF(图。C) 12个受试菌落均未出现p53突变(图。D) 。这清楚地表明ink4a–ARF该剂量已经为过度表达Ras和Myc的MEF提供了选择性生长优势。这进一步反映在Ras和Myc对p16和p19arf的相对诱导中,在ink4a–ARF+/−与野生型MEF相比,MEF(图。E、 显示为Myc)。
Myc过度表达和ink4a–ARF丢失之间的体内紧密协作
Bmi-1和Myc在小鼠中的过度表达强烈加速了肿瘤的发生,双转基因小鼠在出生时已经发展成大规模白血病(van Lohuizen等人,1991年;Alkema等人,1997年). 在这里,我们表明,在体外,Bmi-1和Myc之间的大多数协同作用都可以归因于ink4a–ARFBmi-1位点。根据这些观察结果,我们希望评估墨迹4a–ARF−/−当交叉到Eμ–时,小鼠也表现出有效的淋巴腺病加速myc公司转基因小鼠。然而,我们无法生成这些小鼠,因为Eμ-myc;ink4a–ARF+/−小白鼠在5.5周到7.5周之间迅速病重,在生下后代之前全部死亡(图。A) ●●●●。组织病理学分析显示,这些小鼠都死于异常侵袭性淋巴母细胞白血病。在大多数动物中,肿瘤细胞侵袭不同的器官,如胸腺和邻近淋巴结、肝脏、卵巢、子宫、乳腺脂肪垫,有时也侵袭肺部、肾脏和脑膜(如图。B、 面板A和B,用于肝脏和肺部)。毫无例外,血液是极度白血病,这让人想起我们在Eμ–体重指数-1; Eμ–myc公司双转基因(图。B、 参见面板D和E)。胸腺肿瘤细胞悬浮液的流式细胞术分析显示,这些肿瘤起源于B细胞,sIgM呈高度或中度阳性(图。C) ●●●●。克隆或寡克隆B细胞受体重链重排的存在证实了这些结果,在成熟sIgM病例中+肿瘤,也有克隆性轻链重排,但未观察到TCRβ重排(数据未显示)。肿瘤细胞似乎在一定程度上保留了分化能力,因为在明显发生肿瘤之前牺牲的一只动物的胸腺中已经显示出显著的前B(肿瘤)细胞群(K1911,图。C) ●●●●。这些结果是显著的,因为还没有关于ink4a–ARF+/−小鼠体内肿瘤发生前(Serrano等人,1996年). 体外,Myc在p19arf中过度表达+/−MEF被显示为选择丢失剩余的单元格ink4a–ARF等位基因(Kamijo等人,1997年). 因此,我们检查了Eμ–myc;ink4a–ARF+/−通过Southern分析发现LOH的B细胞肿瘤。所有15 Eμ–myc;ink4a–ARF+/−肿瘤和一个CD2-myc;墨迹4a–ARF+/−B细胞瘤检查显示LOHink4a–ARF轨迹,而控制Eμ-myc公司,CD2-myc公司,或Eμ–bmi-1;ink4a–ARF+/−肿瘤没有(图。D) 。与Eμ中显著加快肿瘤发展相反——myc;ink4a–ARF+/−小鼠,在Eμ–体重指数-1;ink4a–ARF+/−与Bmi-1过表达也通过ink4a–ARF在肿瘤发生中(图。A;数据未显示)。许多固缩肿瘤细胞的存在以及Eμ-的TUNEL染色的初步证据myc公司肿瘤显示,相对较高比例的肿瘤细胞发生凋亡,然而,在Eμ–myc;ink4a–ARF+/−B细胞肿瘤(显示LOH),凋亡肿瘤细胞的百分比较低(图。B、 G和H;数据未显示)。这表明,在体外,体内ink4a–ARF尽管不同的归巢/环境或分化阶段(胸腺、成熟的B细胞淋巴瘤与Eμ–myc公司前B细胞淋巴瘤)。
Eμ-淋巴腺病严重加速myc;墨迹4a–ARF+/−老鼠。(A类)Eμ–myc;ink4a–ARF+/−小鼠很快死于侵袭性B细胞肿瘤。Eμ–的Kaplan-Meier生存图myc;ink4a–ARF+/−小鼠和Eμ-myc公司老鼠。(B类)出现在Eμ–myc;ink4a–ARF+/−和Eμ–myc公司老鼠和这些动物的血液ink4a–ARF−/−老鼠。(A类)Eμ的典型示例myc;ink4a–ARF+/−肿瘤侵犯肝脏;(B类)肺血管Eμ-myc;ink4a–ARF+/−充满肿瘤细胞的小鼠。(C类)肺血管Eμ的典型示例myc公司小鼠,无肿瘤细胞;(D-F公司)Eμ–的血液myc;ink4a–ARF+/−(D类),Eμ–myc公司(E类)、和ink4a–ARF−/−(F类)老鼠。注意,与Eμ相比myc公司和ink4a–ARF−/−小鼠,Eμ-的血液myc;ink4a–ARF+/−小鼠有高度白血病。(G、 H(H))在Eμ–myc;ink4a–ARF+/−(G公司)和Eμ–myc公司(H(H))老鼠。注意Eμ中存在更多的固缩肿瘤细胞,这表明细胞凋亡myc公司与Eμ相比,肿瘤myc;ink4a–ARF+/−肿瘤。照片是10倍拍摄的(A-C公司)和20倍(D-H公司)放大倍数。(C类)三种Eμ–的细胞悬浮液的流动滴定分析myc;ink4a–ARF+/−细胞表面CD8、CD4、sIgM和B220染色后的肿瘤。(D类)Southern blot分析ink4a–ARF从正常肝脏(L)或肿瘤(T)组织中分离出的基因组DNA的状态,显示ink4a–ARF肿瘤发生部位Eμ-myc;ink4a–ARF+/−(车道1)和CD2–myc;ink4a–ARF+/−(车道三)小鼠,但不在CD2中–myc公司(车道2)Eμ–myc公司(车道5)和Eμ–体重指数-1;ink4a–ARF+/−(车道4)老鼠。
bmi-1细胞减少−/−淋巴小室是由细胞凋亡增加引起的,并通过ink4a–ARF缺失和Bcl2过度表达得以挽救
体重指数-1−/−小鼠脾脏和胸腺中的B和T淋巴细胞数量严重减少(van der Lugt等人,1994年). 我们之前已经证明,这伴随着p16和p19arf转录水平的高度增加,并且这种细胞缺陷在bmi-1型−/−;ink4a–ARF−/−小鼠(Jacobs等人,1999年). 我们调查了体重指数-1−/−是由于细胞凋亡率增加。这不仅适用于脾细胞和骨髓体重指数-1+/−小鼠受到Myc过度表达的挑战,但也在新分离的CD4中+ 体重指数-1−/−胸腺细胞,如Annexin-V/PI-阳性T细胞的增加所示(图。,中间)。CD4细胞+之所以选择这些细胞,是因为相对于不成熟的CD4,成熟的T细胞受到的影响最大−/CD8(CD8)−T细胞(van der Lugt等人,1994年). 这一增长取决于ink4a–ARF,因为在ink4a–ARF;体重指数-1−/−,双敲除胸腺细胞,凋亡恢复到野生型水平(图。,底部)。作为评估体内细胞凋亡对细胞数量减少的作用的一种独立方法体重指数-1−/−脾脏和胸腺,我们分析了抗细胞凋亡的过度表达β细胞淋巴瘤/白血病基因2癌基因可以恢复细胞。为此,我们在Eμ–β细胞淋巴瘤/白血病基因2-36SV转基因(以下简称SVβ细胞淋巴瘤/白血病基因2)进入体重指数-1−/−背景。这种转基因已被证明能有效逆转造血细胞中的强效凋亡作用,例如在IL-7受体缺陷小鼠不同发育阶段的T细胞中发生的凋亡作用(Akashi等人,1997年;Maraskovsky等人,1997年). 我们在SV的胸腺和脾脏中观察到部分细胞挽救bcl2;体重指数-1−/−小鼠与体重指数-1−/−鼠标(图。A、 左)。通过引入不同的Eμ–β细胞淋巴瘤/白血病基因2转基因,导致类似的部分拯救(图。A、 右侧)。用标准的B细胞和T细胞分化标记物进行FACS分析,对T细胞和B细胞亚群的组成进行分析,结果表明,在较成熟的CD4中,解救作用最为显著+/CD8(CD8)+和CD4+T细胞以及成熟B220/sIgM-阳性B细胞(图。B类;比较两个独立的SVbcl2;体重指数-1−/−面板,带有体重指数-1−/−面板)。这很有趣,因为这些更成熟的种群在体重指数-1−/−老鼠。SV过度表达β细胞淋巴瘤/白血病基因2正如之前所观察到的那样,仅转基因确实会导致脾脏中细胞数量的增加(Strasser等人,1990年b)但并未导致成分或细胞增殖发生重大变化(图。B、 面板SVβ细胞淋巴瘤/白血病基因2; 数据未显示)。总之,这些结果清楚地表明,细胞凋亡的增加有助于体重指数-1−/−通过上调墨迹4a–ARF.
胸腺细胞凋亡增加体重指数-1−/−删除墨迹4a–ARF.~6周龄新鲜分离胸腺细胞的流式细胞仪分析ink4a–ARF+/−,体重指数-1−/−;ink4a–ARF+/−、和体重指数-1−/−;ink4a–ARF−/−细胞表面CD4和CD8染色后的小鼠(左边)Annexin-V染色后CD4阳性胸腺细胞(正确的).
Bcl2过度表达部分拯救了体重指数-1−/−脾脏(黑色条)和胸腺(灰色条)。(A类)~6周龄野生型SV胸腺和脾脏中有核细胞的百分比bcl2、bmi-1−/−、SVbcl2;体重指数-1−/−小鼠(左边)野生型,Eμ–β细胞淋巴瘤/白血病基因2,体重指数-1−/−,Eμ–bcl2;体重指数-1−/−小鼠(正确的). (B类)野生型SV胸腺细胞和脾细胞的流式细胞仪分析β细胞淋巴瘤/白血病基因2,体重指数-1−/−和SVbcl2;体重指数-1−/−老鼠。
讨论
Bmi-1通过调节ink4a–ARF在体外和体内影响细胞凋亡
增加ink4a–ARF-依赖性凋亡明显导致胸腺和脾脏细胞数量显著减少体重指数-1−/−老鼠。然而,总的减少可能是由于p16和p19arf上调引起的细胞凋亡增加和增殖受阻bmi-1型−/−单元格(Jacobs等人,1999年). 这得到了β细胞淋巴瘤/白血病基因2-转基因过度表达,而在体重指数-1−/−;ink4a–ARF−/−鼠标(图。;Jacobs等人,1999年). 这与已知的Bcl2可以阻止细胞凋亡但不能加速细胞增殖的观点很吻合(Bissonette等人,1992年;Fanidi等人,1992年),而ink4a–ARF-两者都会加速原代细胞的增殖(Serrano等人,1996年)并通过p19arf/p53途径阻止细胞凋亡(de Stanchina等人,1998年;Zindy等人,1998年). Bmi-1水平降低导致的细胞凋亡增加对肿瘤发生有深远影响;值得注意的是体重指数-1基因剂量已经导致MoMLV感染或Eμ-的淋巴腺病显著减少myc公司转基因过度表达,这在很大程度上可归因于细胞凋亡的增加。相反,Bmi-1在野生型MEF中的过度表达导致Myc诱导的ink4a–ARF-依赖性凋亡,这在不同水平的Myc过度表达中很明显。Bmi-1显著减少细胞凋亡不受高血清条件的影响,这表明bmi-1/ink4a–ARF向凋亡机制发送信号可能会绕过伴随的生存信号。
在体外MEF中,Myc和Bmi-1过度表达之间强大的体内协同作用被很好地模拟。Bmi-1和Myc不仅引起协同作用和剂量依赖性的增殖增加和凋亡减少,而且可以导致野生型MEF的转化,正如凤尾鱼非依赖性生长所检测的那样。根据Bmi-1通过下调作用于转化ink4a–ARF,Myc过度表达能够转化ink4a–ARF−/−MEF,但不是野生型MEF。然而,这里观察到的非凤尾鱼生长明显低于Ras+Myc转化的效率,后者在软琼脂中产生更多更大的菌落。重要的是,Western印迹分析显示,Bmi-1过表达不仅导致p16和p19arf蛋白水平降低,而且还阻止Myc过表达诱导p19arf。这与Bmi-1在多梳复合物中的作用一致,多梳复合体作用于染色质以稳定抑制靶基因(有关综述,请参阅Jacobs和van Lohuizen 1999年;van Lohuizen 1999年). 综上所述,本文提供的体外和体内数据强烈表明,Bmi-1介导的Myc对p19arf诱导的预防作用是两种基因在致癌转化中有效合作的基础体重指数-1和myc公司.
ink4a–ARF剂量效应:对肿瘤发生的影响
除了Bmi-1对ink4a–ARF,MEF转化分析myc公司和ras(拉斯维加斯)也透露清楚ink4a–ARF凤尾鱼非依赖性生长能力效率的剂量依赖性。如经典的REF共转化分析(Land等人,1983年),Myc和Ras在野生型MEF中的共表达导致软琼脂中的菌落生长;然而,鉴于我们使用的病毒感染效率很高,这种情况发生的效率很低。有趣的是,Ras+Myc的转化效率在ink4a–ARF基因剂量依赖性方式ink4a–ARF+/−和ink4a–ARF−/−MEF公司。值得注意的是,Myc+Ras在未附着的野生型REF中的初始促有丝分裂作用,以及随后大多数细胞的快速死亡,已被证明是由于基质粘附的剥夺而发生的(麦吉尔等人,1997年). 我们的结果清楚地表明ink4a–ARF基质附着破坏时发生的细胞凋亡需要剂量依赖性。因为高效的细胞周期蛋白D1上调需要基质连接(有关审查,请参阅Assoian 1997年),这可能表明p16在这方面发挥作用。我们认为,最初的增殖和随后的凋亡反映了随着每个细胞分裂p16和p19arf水平的逐渐增加;这是在胚胎被分解和MEF被培养时观察到的(Zindy等人,1997年,1998). 当p16和/或p19arf达到临界水平时,这些原代细胞通常进入称为细胞衰老的静止状态,而在Myc(可能还有Ras)过度表达的情况下,这些细胞的命运现在变成ink4a–ARF-依赖性凋亡。与此假设一致,我们发现在病灶形成分析中,当将这种Ras+Myc转导的原代MEF涂布在涂布皿上时,整个单层有效过度生长,表明大多数细胞在这些条件下都能有效增殖(未显示)。
我们进一步观察到,共同表达Ras和Myc的MEF保持了p16和p19arf蛋白水平的高诱导(我们的未发表数据)。重要的是,在ink4a–ARF+/−MEF显示,在(相对早期)分析时,没有显著的p53突变或LOH水平ink4a–ARF如果在p16/p19arf的其他效应器中没有其他(迄今为止前所未有的)突变快速发生,这可能意味着ink4a–ARF在这些快速增殖的克隆中,阻止达到野生型衰老阈值水平。我们认为这不太可能,因为Ras+Myc显著诱导p16和p19Arf水平。相反,我们支持Ras+Myc的共表达,以使MEF对p16/p19arf阻滞相对更不敏感。我们推测,实现不敏感的一种方法可能是已知Ras通过PI3-激酶-AKT/PKB途径阻止Myc诱导的凋亡(Kauffman-Zeh等人,1997年). 值得注意的是,软琼脂分析是在高血清条件下进行的,这可能有助于平衡生存。或者,Ras+Myc的过度表达可能影响其他调控因子或ink4a–ARF例如Mdm2、pRB或p53。在这方面,我们未能检测到Myc+Ras感染者中p53的显著上调,这一点具有潜在的相关性ink4a–ARF+/−软琼脂克隆(未显示),而在野生型MEF中,Myc已被证明诱导p53,同时也诱导p53靶基因百万平方米两者都参与调节p19arf抑制反应(Zindy等人,1998年).
也许是对ink4a–ARF肿瘤抑制作用是Eμ–myc;ink4a–ARF+/−小鼠,这明显让人联想到Eμ–myc公司; Eμ–体重指数-1双转基因小鼠(Alkema等人,1997年). 这些主要为克隆性的肿瘤总是显示出剩余野生型的丢失墨迹4a–ARF等位基因,符合以下概念:ink4a–ARF允许Myc的完全促生长和致癌活性。这意味着LOH一定发生得很快,可能反映了最近描述的Myc在引发基因组不稳定中的作用(McCormack等人,1998年;Felsher and Bishop 1999年). 获得的白血病表现出几个不寻常的特征,因为它们是高度侵袭性的成熟B细胞白血病,侵袭胸腺和/或邻近的淋巴结、皮下和乳腺脂肪垫以及肝脏、肺和胰腺等几个器官。这与Eμ中主要的前B细胞淋巴瘤不同myc公司主要局限于外周淋巴结和脾脏的小鼠(Langdon等人,1986年)或B细胞前淋巴瘤和主要纤维肉瘤ink4a–ARF−/−小鼠(Serrano等人,1996年). 鉴于Eμ的异常攻击性和早期发病——myc;ink4a–ARF+/−B细胞肿瘤及其上述含义ink4a–ARF在基质附着破坏后的细胞凋亡中,很容易推测这些肿瘤细胞可能对粘附介导的生存信号的丢失更具耐受性,因为ink4a–ARF-损失。
p16和/或p19Arf的含义?
然而,根据C.J.Sherr及其同事的研究结果,可能性似乎有利于p19arf成为罪魁祸首第19页−/−MEF和小鼠(Kamijo等人,1997年)可能是在MEF以外的细胞类型中,p16缺失可能起作用。在这方面值得注意的是第19页−/−小鼠发展为纤维肉瘤和T细胞淋巴瘤,而不是B细胞淋巴瘤,尽管可能是菌株背景差异造成的。有趣的是,Eμ–myc公司;第19页+/−小鼠(平均存活11周;Eischen等人,1999年)与Eμ中观察到的7周平均存活率相比myc;ink4a–ARF+/−小鼠可能会指出p16缺失在淋巴腺病中的一种微妙的附加作用。显然,p16、p19arf或两者的相对贡献的确切分配有待与p16特异性敲除小鼠和MEFs对增殖、凋亡和肿瘤发生的影响进行比较。
总之,我们已经证明Bmi-1通过阻止Myc诱导的p19arf上调和凋亡,在转化和肿瘤发生中与c-Myc有效合作。这些研究强化了Myc过度表达并不等同于ink4a–ARFp19arf的缺失阻止了Myc诱导的细胞凋亡,这一点变得更加明显。此外,我们的研究揭示了墨迹4a–ARF在控制增殖和凋亡方面ink4a–ARF在Ras+Myc-transformed MEF中,通过破坏基质附着来防止细胞凋亡需要丢失。最后ink4a–ARF未覆盖Eμ–myc;ink4a–ARF+/−这表明小鼠对恶性B细胞淋巴瘤有一种不可怀疑的潜在倾向。如果也适用于人类癌症,那么这里的结果表明ink4a–ARF需要对水平进行检测,而不是完全灭活。此外ink4a–ARF杂合性和Myc过度表达对人类多发性骨髓瘤和Burkitts淋巴瘤具有潜在的预后相关性myc公司-免疫球蛋白易位是Myc过度表达的原因。
材料和方法
复合突变小鼠的产生与MoMLV感染
体重指数-1+/−(van der Lugt等人,1994年)和ink4a–ARF+/−小鼠(Serrano等人,1996年)与Eμ交叉myc公司创始人系186的转基因小鼠(Verbeek等人,1991年). Eμ–myc;体重指数-1+/−随后将小鼠进行杂交以产生体重指数-1带有和不带有c的突变小鼠-myc公司转基因。体重指数-1+/−小鼠与Eμ-β细胞淋巴瘤/白血病基因2–36伏(Strasser等人,1990年b)和Eμ–β细胞淋巴瘤/白血病基因2(麦克唐奈1990)转基因小鼠产生SV–bcl2;体重指数-1+/−和Eμ–bcl2;体重指数-1+/−小鼠,随后与体重指数-1+/−小鼠产生SV–bcl2;体重指数-1−/−和Eμ–bcl2;体重指数-1−/−老鼠和对照鼠。The generation of体重指数-1−/−;ink4a–ARF−/−其他地方也有关于老鼠的描述(Jacobs等人,1999年). 所有小鼠均保持FVB背景,并通过PCR或Southern blot分析进行常规基因分型。
对于前病毒标记实验,新生小鼠注射50μl的104–105MoMLV克隆1A的感染单位(Jaenisch等人,1975年)当他们病入膏肓时,他们做出了牺牲。
流式细胞术和Annexin-V染色
用CD3ε(145-2C11)、CD4(RM4-5)、CD8a(53-6.7)、CD45R/B220(RA3-6B2)、TCRβ(H57-597)和sIgM(Biosource;LO-MM-9-F)。为了进行凋亡分析,在用CD4和Annexin-V抗体分离胸腺细胞后立即对其进行染色,而骨髓细胞在含有50μ米根据供应商(Boehringer)的说明,在用B220和Annexin-V抗体染色之前使用β-巯基乙醇。
细胞培养与逆转录病毒感染
如前所述,分离出了MEF(Jacobs等人,1999年)改良后,胎儿组织在解离前在37°C的400μl胰蛋白酶/EDTA中培养45分钟。MEF以1:4的比例拆分,并保存在补充了10%FBS(PAA)的DMEM(GIBCO)中。用LZRS-iresGFP病毒进行逆转录病毒感染,并用结晶紫染色进行生长曲线测定,如下所述(Jacobs等人,1999年). 使用高滴度LZRS–iresGFP病毒可确保100%的感染效率,而无需通过分析GFP表达来轻松检查细胞的药物选择。对于Myc,使用了两个版本,LZRS–myc公司HA–iresGFP和LZRS–myc公司ER–iresGFP。后者导致非活性MycER融合蛋白的表达,可通过添加4-羟基三苯氧胺(4-OHT)诱导其形成活性构象(Littlewood等人,1995年). 然而,该系统有点泄漏,在没有4-OHT的情况下导致相当大的Myc活性,添加4-OHT可以进一步增加Myc活性。
生长曲线、凋亡和软琼脂分析
对于生长曲线,将细胞置于12孔培养皿中,每天用结晶紫染色法测定细胞数量(Jacobs等人,1999年). 为了分析Myc诱导的细胞死亡,第一代MEF感染了对照空LZRS–iresGFP病毒或LZRS-体重指数-1PY–iresGFP病毒48小时;然后分裂细胞并用空白对照LZRS–iresGFP,LZRS-感染48小时myc公司HA–iresGFP或LZRS–myc公司ER–iresGFP病毒。随后将逆转录病毒感染的细胞接种在含有或不含4-OHT的10%血清培养基中的12孔板上。第二天,用含有0.1%或10%血清(含或不含4-OHT)的培养基替换培养基,24或48小时后收集粘附细胞和非粘附细胞,并通过台盼蓝排除法分析细胞死亡情况。为了测量亚倍体DNA含量,将细胞接种在60mm培养皿上,如上所述进行处理,然后收获、固定、用碘化丙啶染色,并按所述进行流式细胞术分析(Rowan等人,1996年).
用于分析半固体介质中的生长,~5×104细胞在含有10%血清和0.4%低凝胶温度琼脂糖(Sigma)的DMEM中每孔六孔培养皿中培养。
蛋白质印迹
细胞和组织被溶解(Jacobs等人,1999年),测定蛋白质浓度,用SDS-PAGE分离等量的蛋白质,并将其印在硝化纤维素上,或者为了检测p19arf,印在固定化-P(Amersham)膜上。根据增强化学发光(Amersham)的标准方法进行蛋白质印迹分析。如有要求,可提供所用抗体列表。
致谢
我们感谢M.van der Valk的组织学分析,感谢L.Rijswijk、N.Bosnie和C.Friedrich的动物护理。感谢G.I.Evan和H.Hermeking提供Myc–MER和HA–Myc融合结构,感谢A.Strasser和S.J.Korsmeyer提供Eμ–bcl-2基因-36和Eμ–bcl-2基因转基因小鼠。G.I.Nolan博士提供了LZRS-病毒构建物和PHOENIX包装细胞系。我们感谢C.J.Sherr在发布之前传达结果。
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