hnRNP K与宫颈癌变的关系以及与Siha细胞全基因组的结合和功能分析

来源 :山西医科大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:herry
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目的:  宫颈癌是受多因素影响的复杂疾病,持续感染高危型人乳头瘤病毒(HR-HPV)已被公认为宫颈癌的必要病因,但在其发生发展过程中尚有其他因素作用。核不均一核糖核蛋白K(hnRNP K)含有的KH域能识别并结合DNA和RNA序列,参与调控基因表达、细胞周期、凋亡及细胞侵袭和转移等多种生物学过程,对肿瘤的发生发展具有重要意义。现已发现hnRNP K在众多肿瘤中异常高表达,但在宫颈癌变中的表达情况尚不清楚。目前对hnRNP K与DNA相互作用的研究多见于和某些基因的启动子结合,而在宫颈癌细胞中与全基因组DNA的结合情况并不明确。本次研究旨在探讨hnRNP K与宫颈癌变的关系,并利用染色质免疫沉淀(ChIP)与二代测序相结合的染色质免疫沉淀测序(ChIP-Seq)技术,在Siha细胞中系统、全面地了解hnRNP K在全基因组的结合位点、可能发挥的功能及参与的通路等,为后续深入研究宫颈癌的发病机制提供新线索,也为寻找宫颈癌防治靶点提供科学依据。  方法:  从课题组2014年6月至2014年9月在山西介休建立的宫颈病变研究队列和山西省肿瘤医院中选取经宫颈液基薄层细胞学技术(TCT)筛查、阴道镜检查及病理学确诊的宫颈正常(NC)者 67 例,低度宫颈上皮内瘤样变(CINI)患者69例,高度宫颈上皮内瘤样变(CINII/III)患者68例和宫颈鳞状细胞癌(SCC)患者40例作为研究对象。采用结构式问卷调查宫颈病变相关因素,并收集全部研究对象宫颈脱落细胞、活检或手术宫颈组织标本。采用导流杂交法检测 HPV感染情况,Western Blot检测hnRNP K蛋白表达水平,利用SPSS 21.0软件进行相关数据的Logistic回归分析、Kruskal-Wallis H检验、Bonferroni检验、?2检验及?2趋势检验等。同时,选择HPV16阳性的Siha细胞为实验对象。应用ChIP结合二代测序技术检测hnRNP K在全基因组的结合位点,利用MEME软件、GO 数据库、KEGG数据库分别进行hnRNP K结合DNA序列的特征分析、hnRNP K结合基因功能的富集分析、hnRNP K结合基因通路的富集分析。  结果:  1、hnRNP K蛋白表达与宫颈病变的关系:hnRNP K蛋白表达量在各宫颈病变组的总体分布差异有统计学意义(H=42.57,P<0.001),CINI 组、CINII/III 组及SCC组的表达量均高于NC组,除CINII/III组与SCC组的差异无统计学意义外,其余各组间的差异均有统计学意义。随着宫颈病变的进展,hnRNP K蛋白高表达率呈逐渐升高趋势(χ2 趋势=21.20,P<0.001)。调整宫颈病变相关因素后,hnRNP K 蛋白高表达可增加罹患 CINII/III(OR=6.23,95%CI:2.50-13.44)和SCC(OR=5.01,95%CI:2.15-14.02)的风险。  2、hnRNP K结合位点在全基因组的分布:hnRNP K与全基因组DNA结合位点的个数为21963个,平均长度150bp,每条染色体上均有hnRNP K结合位点的分布,其中1号、2号、5号和X染色体上的结合位点较多。hnRNP K结合位点多处于基因间区(31.85%)和内含子区(28.56%),但在外显子区、转录起始位点上游2kb以及转录起始位点下游2kb也有分布。  3、hnRNP K结合DNA序列的特征分析:Motif(基序)分析发现,hnRNP K有4条易于结合的motif,这些motif中的胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)含量较高,尤其是胞嘧啶(C)含量最高,提示hnRNP K倾向结合于胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)富集的DNA序列。  4、hnRNP K结合基因在染色体上的分布:21963个hnRNP K结合位点中有14968个被注释为基因片段,覆盖1321个基因,每条染色体上均有hnRNP K结合基因的分布,而分布于1号、2号、5号和7号染色体上的基因较多。  5、hnRNP K结合基因的功能分析:GO富集分析发现,hnRNP K结合的基因在Molecular Function层面主要富集于核酸结合(GO:0003676),包括DNA结合(GO:0003677)及RNA结合(GO:0003723),还有转运活性(GO:0005215)、分子功能调节(GO:0098772)及转录辅因子活性(GO:0003712)等;Biological Process 层面主要包括细胞进程的调控( GO:0050794 )、信号转导(GO:0007165)、RNA加工(GO:0006396)、生物调节(GO:0065007)及细胞周期调控( GO:0051726 )等;Cellular Component 层面主要有膜成分(GO:0016020)和细胞骨架(GO:0005856)等。  6、hnRNP K 结合基因的通路分析:pathway 富集分析显示,富集于肿瘤通路(ko05200)的基因最多,并发现了乳腺癌(ko05224)、结直肠癌(ko05210)、子宫内膜癌(ko05213)、黑色素瘤(ko05218)、胰腺癌(ko05212)、前列腺癌(ko05215)等多个癌症通路,还有肿瘤坏死因子通路(ko04668)、肿瘤中转录失调(ko05202)、肿瘤中MicroRNAs(ko05206)等肿瘤相关通路;也有基因富集于RNA转运(ko03013)、p53信号通路(ko04115)、Wnt信号通路(ko04310)、MAPK信号通路(ko04010)、细胞周期(ko04110)、凋亡(ko04210)等重要通路。另外,本次研究特别发现了病毒致癌作用通路(ko05203)及雌激素信号通路(ko04915)与宫颈癌密切相关的通路。  结论:  1、hnRNP K蛋白高表达可增加高度宫颈上皮内瘤样变和宫颈癌的罹患风险,其在低度宫颈上皮内瘤样变期即出现表达升高,提示hnRNP K蛋白可作为宫颈癌变早期诊断的生物标志。  2、hnRNP K蛋白广泛地与人类基因组DNA结合,其结合位点和结合基因在每条染色体上均有分布。hnRNP K的结合位点主要分布于人类基因组的基因间区和内含子区,而不是启动子区,提示hnRNP K可能在宫颈癌中存在新的调控机制且更为复杂。  3、hnRNP K具有调控基因转录和翻译,以及调节细胞周期、凋亡、迁移、黏附和分裂等生物学功能,在信号转导、生物调节等方面发挥不可忽视的作用。提示hnRNP K可能通过对细胞生物学行为的影响促进了宫颈癌的发生发展。  4、hnRNP K结合的基因多富集于与肿瘤有关的生物学通路,而且参与调节一些重要的信号通路。值得关注的是,hnRNP K涉及到几条与宫颈癌密切相关的通路,如病毒致癌作用通路及雌激素信号通路,提示hnRNP K在宫颈癌发生发展中具有重要意义。
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