LncRNA在椎间盘退变过程中调控髓核细胞凋亡的功能及其机制研究

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【目的】椎间盘的老化和退变是脊柱退变性疾病发生的前提条件和病理基础,理解椎间盘老化和退变的生物学机制,开发有效的治疗干预措施以应对椎间盘退变带来的健康问题已经成为当前和未来全球性医学难题之一。本研究通过生物信息学分析筛选髓核细胞凋亡调控相关的lncRNA,进而探索lncRNA在椎间盘退变过程中髓核细胞凋亡调控的分子机制,从而为寻找椎间盘退变性疾病治疗的新靶点提供科学指导。【方法】1、比较三种生物信息学分析软件,应用TargetScan软件筛选可能通过miR-155参与髓核细胞凋亡调控的lncRNA。2、RT-PCR检测髓核细胞转染miR-155 mimics后lncRNA表达调控情况,通过lncRNA及mRNA芯片检测评估髓核细胞转染miR-155过表达慢病毒后lncRNA及mRNA表达谱变化,评估miR-155作为基因治疗靶点可能对髓核细胞功能产生的影响。3、流式细胞分析检测过表达GAS5 lncRNA后髓核细胞的凋亡情况,Western Blot检测线粒体通路上两个关键凋亡相关蛋白Caspase-3和Bcl-2的表达,验证GAS5 lncRNA对髓核细胞凋亡调控的影响,探索GAS lncRNA参与髓核细胞凋亡调控的可能机制。【结果】1、退变椎间盘髓核组织内共有631个表达上调的lncRNA序列信息较为明确,其中有148个上调的lncRNA包含了178个hsa-miR-155-5p结合位点。符合Target Scan评分标准的lncRNA有16个,NR002819含有6个hsa-miR-155-5p结合位点,ENST00000511037、NR027451包含了5个结合位点,19个lncRNA包含了2个结合位点,126个lncRNA包含了1个结合位点。2、GAS5 lncRNA包含了1个hsa-miR-155-5p结合位点,外源性导入hsa-miR-155 mimics 72小时后,髓核细胞GAS5 lncRNA表达较阴性对照组明显下降(P<0.05)。lncRNA及mRNA表达谱芯片分析共发现721个差异表达lncRNA(Fc值≥2,P<0.05),其中492个lncRNA表达上调,229个lncRNA表达下调。芯片检测的18个GAS5 lncRNA转录本均表达下调,仅有GAS5-021表达具有显著差异(Fc值≥1.5,P<0.05)。Gene Ontology分析显示,髓核细胞在miR-155过表达后基因表达发生了明显的改变,主要集中在肿瘤、免疫性疾病、退变性疾病及心血管疾病等领域,其中以强直性脊柱炎及滑膜炎与椎间盘的关系最为密切。3、GAS5 lncRNA过表达慢病毒转染96小时后,髓核细胞GAS5 lncRNA的表达水平提高(P<0.05),凋亡蛋白酶Caspase-3表达上调,凋亡抑制蛋白Bcl-2表达下调,髓核细胞的凋亡率较阴性对照组明显升高(P<0.05)。【结论】lncRNA在退变椎间盘髓核细胞凋亡调控中起到了重要作用,GAS5 lncRNA过表达使得髓核细胞内线粒体凋亡通路上的两个关键蛋白家族成员的表达均发生了变化,通过下调Bcl-2和上调Caspase-3的表达,GAS5 lncRNA激活了髓核细胞内的线粒体凋亡通路,进而促进髓核细胞的凋亡。GAS5 lncRNA在细胞内监管着线粒体凋亡途径中促凋亡和抑凋亡分子之间的平衡,GAS5 lncRNA的表达状态决定了细胞对凋亡刺激的敏感性。miR-155可能参与了GAS5 lncRNA的凋亡调控过程,两者的相互调控机制有待进一步的研究。
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