Nicht-kanonische Folgen von SMAD4-Mutationen beim kolorektalen Karzinom

Einleitung Bei 12% der Patienten mit kolorektalem Karzinom (CRC) wird ein Verlust von SMAD4 im Tumor beobachtet, was mit schlechter Prognose und gesteigerter Metastasierung einhergeht. Die kanonische Rolle von SMAD4 ist die Regulation des TGF-β-Signalwegs, jedoch sind nichtkanonische Mechanismen weitgehend unbekannt.

Ziele Diese Studie untersucht mögliche nichtkanonische Mechanismen von SMAD4-Mutationen im CRC.

Methoden Drei humane CRC-RNA-Sequenzierungsdatensätze wurden aus der GEO-Datenbank geladen und analysiert. Genetisch induzierte Mausmodelle (GEMMs) des CRC mit spezifischem Knockout von Smad4 im Tumor und daraus abgeleitete CRC-Organoiden wurden etabliert. Die Organoide wurden mittels RNA-seq und Lipidom-Massenspektrometrie charakterisiert, und Chromatin-Immunopräzipitation-(ChIP)-qPCR-Analysen wurden angewendet, um die Expressionsregulation zentraler Enzyme der Lipidbiosynthese durch SMAD4 zu untersuchen.

Ergebnisse Ein SMAD4-Score wurde auf Basis von überlappend differentiell exprimierten Genen etabliert und mittels gene set variation analysis (GSVA) auf die TCGA-CRC-Kohorte angewendet. Ein niedriger SMAD4-Score ist mit signifikant schlechterem Gesamtüberleben ([Abb. 1]) und größeren Tumoren assoziiert. Die Pathway Enrichment Analysis zeigte Veränderungen in multiplen Lipidstoffwechselwegen bei SMAD4-negativem CRC. Die Assoziation von SMAD4-Verlust und schlechterem Überleben konnte in zwei GEMMs des CRC bestätigt werden ([Abb. 2]). Der Verlust von SMAD4 führte in Tumororganoid-Linien zu einer Zunahme der Organoidgröße und -proliferation. Die Hinweise aus den humanen Daten zum deregulierten Lipidstoffwechsel konnten sowohl in durch RNAseq als auch durch Massenspektrometrie in murinen CRC-Organoiden bestätigt werden. Die direkte Beteiligung von SMAD4-Protein konnte sowohl in humanen ([Abb. 3a]) als auch murinen ([Abb. 3b]) CRC-Organoiden mittels ChIP-qPCR gezeigt werden.

Abb. 1 Gesamtüberleben in der TCGA-CRC-Kohorte in Abhängigkeit vom SMAD4-Score.

Abb. 2 Überleben eines Apc/Kras-basierten (a) bzw. Apc/Kras/p53-basierten (b) GEMMs mit/ohne Smad4-Verlust.

Abb. 3 Die ChIP-qPCR zeigte im humanen (a) und murinen (b) System eine direkte Interaktion von SMAD4 mit dem GPD1-Promotor.

Schlussfolgerung Der Verlust von SMAD4 hat ausgeprägte Veränderungen im Phospholipidmetabolismus zur Folge, was durch gesteigerte Tumorproliferation zu Krankheitsprogression und schlechter Prognose beiträgt.

 

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Publication History

Article published online:
28 August 2023