转录组动态分析氨对肝癌细胞基因表达的影响

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背景肝细胞肝癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)作为我国最常见的恶性肿瘤之一,在全球恶性肿瘤死亡率中占第二位[1]。肝癌具有病情凶险、隐匿、术后复发率高等临床特点,近些年来,虽然肝癌的临床研究取得了很大进展,但是针对肝癌的治疗,尤其是中晚期肝癌的治疗仍然需要进一步探索。肝脏作为人体重要的消化器官,有着强大的代谢、分泌、调节等功能,具有很强的自我修复和合成能力,体内的很多有毒物质需要在肝脏中进行代谢转化为无毒物质排出体外或者再利用。氨是常见的细胞代谢产物之一,体内过多的氨聚集时,通过血脑屏障后,可以干扰脑细胞的能量代谢,进而引起脑细胞水肿、神经系统的异常等,引发肝性脑病[16]。因此降低血氨的治疗是肝炎及肝硬化治疗中的一个重要的方案[17]。随着近年来对肿瘤发病机制的研究,发现氨与肿瘤发生之间存在关联性,在伴随血氨升高的肝硬化患者和门脉高压分流后的肝硬化患者中,肝癌的发病率明显增高[4][18]。近期关于乳腺癌的一项研究报道表明肿瘤的氮源不是由谷氨酰胺提供为主,而是以再利用的氨提供为主[7],这为人们认识肝癌的发病原因提供了一个新的视野。高通量测序技术作为测序技术发展历程的一个重要技术,也称其为深度测序(deepsequencing)或下一代测序技术(next generationsequencing,NGS)[19]。研究者Velculescu等于1995年在酵母细胞中获得了第一个转录组数据[20],并且首次提出了转录组的概念,随后转录组测序逐渐由静态基因测序演变为动态基因测序,即RNA序列分析(RNA—seq)。RNA-seq作为高通量测量技术中的一种重要类型,通过全面、快速的来得到某组织或者某一细胞的几乎全部的基因序列或转录本,进而用于研究基因功能和基因差异及可能的基因调控通路等。在不需要提前去对已知的基因序列设计探针的情况下,转录组测序就可以对任意细胞或者其他物种的整体的转录活动来进行检测,从而能提供更大的检测通量以及更广泛的检测范围和更加准确的数字化信息,因此对于深入基因其研究成为了一个强大工具。近年来在生物学研究中取得了很多成果,Shah等研究者在2009年采用转录组测序技术研究粒层细胞瘤(Granulosacell tumor,GCT),成功发现了该肿瘤发病机制中的一个潜在基因[21],同年该组成员凭借转录组测序技术再次成功发现了可能导致原发乳腺癌的原因之一是单核苷酸突变异质性,并且发现该突变随着疾病的发展进程显著演进[22],该成果以封面文章的形式成功发表在Nature上。随后转录组测序技术不断在胃癌、前列腺癌、肝癌、黑色素瘤等癌症研究中展现出巨大的优势,成为肿瘤生物信息研究中的重要实验技术。因此,本实验应用转录组分析技术,分析氨对肝癌细胞基因表达的影响,有助于肝癌发病机制的研究。目的利用高通量测序方法(RNA-seq)分析长期氨作用下肝癌细胞基因表达的差异,为探索肝癌的发病机制及临床治疗提供理论基础。方法(1)不同浓度的氨培养人肝癌7721细胞,通过CCK方法了解肝癌细胞增殖情况,选取适宜浓度的氨长期培养7721。(2)收取未加氨培养的7721细胞作为对照,收取适宜浓度氨培养的5代和15代7721细胞作为实验组,分别提取RNA,检测RNA纯度和完整性。(3)利用RNA-seq技术对氨作用不同时间的7721细胞转进行深度测序和基因表达谱分析。通过FeatureCounts软件、HISAT软件、HTSeq和DESeq等软件对测序基因进行差异性分析。结果1.浓度为1mmol/L的含氨的培养基可促进肝癌7721细胞的生长2.含氨培养基培养7721细胞5代后,与正常7721细胞相比,表达上调的基因有148个,表达下调的基因有58个。3.含氨培养基培养7721细胞15代后,与正常7721细胞相比,表达上调的基因有770个,表达下调的基因有400个。结论1.一定浓度的氨可促进肿瘤细胞的生长,2.氨可以影响7721细胞基因的表达,且氨培养时间长较氨培养时间短的,表达差异更显著。
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