MiRNA-495通过HMGN5对骨肉瘤生物学行为影响的研究

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背景:骨肉瘤(Osteosarcoma,OS)是骨组织源性的一种恶性侵袭性肿瘤,它常发病于10至20岁的青少年群体。尽管相关研究发现越来越多的基因(如Erizin、NOTCH、RUNX2、FAS等)参与了骨肉瘤发生发展的过程,但目前的研究依然未能阐明骨肉瘤发病的完整分子机制,因此,寻找更为有效的骨肉瘤分子治疗靶点也受到了一定制约。高迁移率族蛋白(High mobility group N,HMGN)是一组可以修饰染色质结构的核蛋白,它们可以增强目标基因的复制、转录、组蛋白修饰和修复等过程。高迁移率族核小体结合蛋白5(HMGN5),又名核小体结合蛋白1(Nucleosomal Binding Protein 1,NSBP1)是高迁移率族蛋白中的新成员,它可以通过核小体结合区(NBD)与核小体结合,进而调节基因转录。越来越多与HMGN5相关的实验表明,HMGN5在骨肉瘤、膀胱癌、肺癌、脑膜瘤等肿瘤的发病过程中起到重要作用。尽管目前还不完全清楚HMGN5在骨肉瘤中的相关分子机制,但人们通过实验发现肿瘤组织中HMGN5的表达水平与肿瘤的病理学分期和TNM分期有的密切关系。同时,敲除了HMGN5的骨肉瘤细胞(U2-OS及SaO2细胞系)增殖能力及侵袭性下降,而对多柔比星的敏感性则增强。因此,HMGN5是一个潜在的骨肉瘤治疗靶点。MicroRNA(miRNA)是一类由18-25个脱氧核苷酸组成的非编码单链结构,它通过调节基因转录后的表达水平参与细胞的增殖、分化、凋亡等多种生物进程。miRNA的异常表达可以直接影响上述生物进程,甚至引起癌症的发生。之前的研究表明,在胰腺癌、卵巢癌、膀胱癌、肾癌等多种癌症中都出现了miRNA-495的表达异常。miR-495在多种肿瘤中起着肿瘤抑制作用,miR-495可以通过HMGA2抑制胃癌细胞的侵袭和扩散;通过下调FOXC1基因的表达抑制子宫内膜癌细胞的生长和转移。然而,对于miRNA-495在骨肉瘤中的分子机制,以及miRNA-495是否通过调节HMGN5的表达影响骨肉瘤的发生发展还不清楚。目的:综上所述,本研究的目的在于明确miRNA-495是否参与骨肉瘤发生发展的过程及其对骨肉瘤生物行为学的影响;确定miRNA-495对HMGN5的转录后表达是否具有调节作用;并进一步探究miRNA-495调节骨肉瘤生物行为的潜在分子机制。方法:从吉林大学第二医院骨科的手术患者获取切除的15对骨肉瘤组织及瘤旁正常组织(距瘤缘3cm以上)。人类骨肉瘤细胞系(143B,SaOS-2,U2OS,and MG63),正常的人类成骨细胞系(hFOB)和293T细胞系(ATCC,Manassas,VA,USA)均通过购买获得。miRNA-495拟似物,miRNA阴性对照物(miR-NC)被分别转染入骨肉瘤细胞中,而pcDNA3.1/HMGN5过表达的载体也被转染到miR-495过表达的骨肉瘤细胞中,转染过程通过lipofectamine 2000(Invitrogen)转染试剂完成,转染后48h时应用Western blot及RT-q PCR检测确认转染成功。(1)利用RT-qPCR技术检测骨肉瘤组织、细胞中和正常对照中miRNA-495的表达量;(2)通过细胞MTT检测,比较转染miRNA-495的骨肉瘤细胞与正常骨肉瘤细胞的增殖能力变化;(3)通过集落形成实验分析转染miRNA-495的骨肉瘤细胞与正常骨肉瘤细胞集落形成能力的区别;(4)应用碘化丙啶染色和流式细胞术检测转染miRNA-495后骨肉瘤细胞的细胞周期状态;(5)通过Annexin V/PI双染试剂盒和caspase-3活性检测,掌握骨肉瘤细胞的凋亡情况;(6)利用Transwell体外细胞侵袭实验,确定转染miRNA-495后骨肉瘤细胞的侵袭能力变化;(7)通过荧光素酶检测法确定miRNA-495对HMGN5的转录后表达是否具有调节作用;(8)使用Western blot技术转染miRNA-495的骨肉瘤细胞与正常骨肉瘤细胞中HMGN5下游蛋白表达的变化。(9)pcDNA3.1/HMGN5载体转染成功后,再次测量这些细胞的生物学行为(细胞增殖、集落形成、细胞侵袭、凋亡)。结果:我们发现miR-495在骨肉瘤组织和细胞中的表达与正常组织和细胞相比明显下降。通过转染获得的miR-495高表达骨肉瘤细胞,其集落形成能力下降,细胞侵袭能力降低,细胞周期停滞在G0/G1相,而细胞凋亡增加。荧光素酶报告检测显示,miR-495直接作用于HMGN5的3’端非转录区,抑制其mRNA的转录后表达。同时,作为HMGN5的下游基因,细胞周期蛋白B1(cyclin B1)、Bcl-2、基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9,MMP-9)在miR-495增加时也出现表达降低。最后,通过重建骨肉瘤细胞中HMGN5的含量,我们发现miR-495的肿瘤抑制作用明显下降。结论:miR-495是骨肉瘤的肿瘤抑制因子,其在骨肉瘤组织和细胞中低表达,它可以通过抑制骨肉瘤细胞的增殖和侵袭、促进细胞凋亡发挥肿瘤抑制作用;HMGN5是miR-495的靶向结合目标,在骨肉瘤中miR-495可以直接与HMGN5的3’-UTR区域发生互补结合,抑制HMGN5的转录后表达,进而抑制HMGN5的下游基因表达;miR-495-HMGN5通路在调节骨肉瘤生物学行为过程中起到重要作用,为未来基于miRNAs的骨肉瘤分子治疗提供了一系列潜在的作用靶点,为提出新的治疗策略提供理论基础,具有重要的基础和临床意义。
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