TMEM116促进肺癌细胞运动和转移的机制研究

       跨膜蛋白(transmembrane protein, TMEM)是一类跨越细胞膜或细胞器膜，在细胞外环境和细胞质内起信息传递作用的蛋白质，其中大多数蛋白质由于缺乏完整表征而被统称为TMEM家族。有大量研究表明，TEME在多种肿瘤组织中的表达呈现上调或下调，例如肺癌、肝癌、淋巴瘤等，被认为能够抑制或促进肿瘤的发生发展,对肿瘤的增殖、迁移及侵袭有明显的作用，其中部分TEME还被用作癌症的预后生物标志物。对TEME家族进行研究有助于促进对不同癌症的发生机制和潜在治疗靶点的挖掘。

       肺癌是起源于肺部支气管黏膜或腺体的恶性肿瘤，近年来，其发病率和死亡率位居全球第一，长期大量吸烟是引起肺癌发生的主要原因之一。

       为了研究TEME家族成员在肺癌发生中的作用，中国农业大学生物科学学院的张素红等人采用CRISPR/Cas9技术在人肺癌细胞系A549中敲低了TMEM116基因，使其表达水平显著降低，之后检测TMEM116敲低对A549细胞形态、细胞迁移和侵袭的影响（图1）。在培养2周后，细胞形成的菌落少、致密、边缘清晰，而野生型A549细胞则形成更多的菌落，呈分散生长的梭形细胞形态。根据CCK8检测结果显示，与野生型相比，TMEM116敲低的细胞的增殖和活力均下降，显著抑制了细胞迁移和细胞侵袭（图2）。

图1 TMEM116敲低抑制肿瘤生长和转移

图2 TMEM116敲低抑制细胞生长、克隆形成、细胞增殖、侵袭和迁移

       PI3K是一个脂质激酶家族，可调节细胞增殖、分化、粘附、运动和侵袭等。AKT是PI3K 信号通路常见的下游效应器，AKT被激活后可以磷酸化FOXO家族，FOXO3A是FOXO家族成员之一，其表达下调与癌症发生有关。

       为了确定PI3K/AKT/FOXO3A信号通路是否介导TMEM116在生长、集落形成中的作用，首先检测了p110α、PDK1、AKT和FOXO3A在野生型和TMEM116敲降的A549细胞中的表达。结果显示，TMEM116敲降降低了PDK1蛋白水平以及AKT和FOXO3A的磷酸化，但不降低p110α(图3)。

图3 TMEM116通过PDK1/AKT/FOXO3A/TAP63信号通路影响细胞迁移/侵袭

       该文章揭示了TMEM116敲低可以抑制PDK1通路导致TAP63累积，在一定程度上阻止了癌细胞的运动和侵袭，首次证明了TMEM116在肺癌发生中的作用，并表明TMEM116可能是肺癌的潜在治疗靶点。

       在CRISPR/Cas9基础上，源井生物研发了CRISPR U™基因编辑技术，该技术成功通过提高DNA双链断裂及同源重组机率将传统的基因编辑效率提升了10-20倍，可轻松实现细胞基因敲除、敲入和点突变等。

       如需采用CRISPR U™构建基因敲除细胞，源井生物会根据具体需求，结合靶基因的情况提供3套方案。

       方案1：小片段基因敲除方案，gRNA设在外显子2两端的内含子中，敲除外显子编码碱基数为非3倍数，敲除后可造成移码。

       方案2：移码基因敲除方案，gRNA设在外显子上，缺失的碱基数为非3倍数，敲除后可发生移码突变。

       方案3：大片段基因敲除方案，将整个基因的编码序列敲除，达到大片段敲除的效果。

图4 基因敲除细胞方案

参考文献：

[1]Zhang S, Dai H, Li W, Wang R, Wu H, Shen M, Hu Y, Xie L, Xing Y. TMEM116 is required for lung cancer cell motility and metastasis through PDK1 signaling pathway. Cell Death Dis. 2021 Nov 16;12(12):1086.