肺癌组织中HMGN5基因的表达及其在肺癌发病中作用机制的研究

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肺癌是当今世界上发生率、病死率最高的恶性肿瘤之一,也是我国十大恶性肿瘤之一,其5年总生存率仅13%~15%。目前肺癌的发病率仍在上升,肺癌的治疗效果近年来仍不理想,因此新的化疗药物、分子靶向药物成为肺癌的研究热点,探讨肺癌的发病机制以寻找到有潜力的生物标记分子为肺癌的个性化治疗提供强有力的依据。多基因、多步骤参与了肺癌的发生、发展过程,因此通过研究癌变过程中异常表达的基因,寻找到具有诊断、治疗价值的基因意义重大。RNAi为一种序列特异性的转录后的基因沉默现象,RNAi是通过将与nnRNA序列相对应的正义、反义RNA组成的21-23个双链RNA导入到靶细胞内,使细胞内特异性基因的nRNA降解,从而导致基因沉默。RNAi是一种反向遗传学技术,在后基因组时代的功能基因的研究中具有相当重要的作用。针对基因研究中的“敲除”技术,RNAi技术为“剔降”靶基因或者靶蛋白,目前已经广泛应用于信号转导途径、基因功能、肿瘤基因治疗等方面的研究,而RNAi在哺乳动物细胞上也获得了成功。RNAi因其对靶基因表达抑制的高效性、简单性使其成为基因功能研究的有效手段,RNAi可以选择性地抑制与人类疾病有关基因的表达,在基因功能研究和治疗人类疾病方面应用前景极为广阔。目前国内外研究学者已成功利用RNA干扰技术选择性地抑制或下调在肺癌发生及发展过程中起关键作用的癌基因、抑癌基因、凋亡相关基因等肺-*癌相关基因的表达,进而达到基因治疗的目的。HMGN5是HMGN家族成员之一,与NSBPl具有高度同源,是King等人于2001年发现的一个新的基因。人HMGN5的基因全长为8600 bp,含有5个内含子和6个外显子,完全cDNA序列为1865bp,在人体内编码一种282个氨基酸的人类核蛋白-核小体结合蛋白,理论分子质量为31000。HMGN5在人和小鼠体内表达的蛋白长度并不相同,而人的HGMN5的6个外显子更短一些。核小体与HMGN5特异性结构相结合所引起染色体结构的改变,将影响着细胞生物功能和分子转录。HMGN5特异的长酸末端使得其与连接组蛋白H1有直接的作用,负离子末端、H5正电C端(H1组蛋白的变异体)在体内外起到直接相互作用,展开染色体可能与HMGN5中含有的负电荷的长C端密切相关;HMGN5基因N端的NBD结构域,可以连接体组蛋白H1的球状结构域竞争性地与核小体结合位点相结合;这两个结构在细胞核内使得HMGN5影响染色体的结构,从而影响最终基因的转录、蛋白的表达。虽然尚不清楚HMGN5的分子机制,但是有文献报道称IMGN5在疾病、正常细胞功能方面有潜在的关联。例如:过表达实验和基因芯片分析结果表明HMGN5可以作为一个因子诱导小鼠胚胎干细胞的分化;HMGN5在人鳞状癌细胞、前列腺癌、衰老小鼠的腺癌、高转移性MDA-MB-435HM乳腺癌细胞系中表达明显增高,实验结果表明HMGN5与肿瘤有关联性;HMGN5蛋白在肿瘤组织中表达增加属于内源性紊乱;此外HMGN5位于X染色体上,含有不成比例的大数量的基因可能与其心理功能、进化晚期出现的行为、认知功能相关联。通过优化影响染色质反应,HMGN5不断地变化环境的细胞表型。高酸性尾端和异常的长端影响着连接染色体和组蛋白的相互作用,从而使HMGN5够更加有效地展开染色体高度有序结构。连接组蛋白与HMGN5直接的竞争为其调节染色体动态结构提供了新的机制模式。阐明IMGN5对染色体结构和功能的影响及这种竞争机制的具体模式,有待于深入地研究。在维持细胞内的染色质纤维的完整性方面IMGN5发挥着重要作用,但HMGN5的异常表达对细胞是有害的。IMGN5与肿瘤的发生有着潜在的关系。已经有报道称HMGN5在膀胱癌、前列腺肿瘤等肿瘤组织中的表达水平显著高于正常的组织,然而在肺癌中的研究还尚无明确的报道,进一步研究HMGN5基因在肺癌发展过程中的作用,通过此途径努力寻求临床治疗肺癌的突破口。目的:探讨肺癌组织中HMGN5基因的表达水平、HMGN5与临床病理特征的相关性;构建HMGN5的shRNA重组慢病毒载体;RNA干扰技术沉默HMGN5基因对肺癌A549、H1299细胞增殖和细胞周期的影响;应用RNAi技术沉默肺癌细胞A549和H1299中的HMGN5基因,抑制HMGN5基因对裸鼠成瘤能力的影响,为肺癌的基因靶向提供理论依据。方法:用Real-time PCR的方法检测肺癌组织内、癌旁组织中HMGN5 mRNA的表达情况,分析HMGN5表达与肺癌临床病理特征的相关性;设计靶向HMGN5基因siRNA干扰序列;将设计的序列进行合成载体构建;挑选阳性、测序正确的质粒进行病毒包装;包装的病毒感染人肺癌细胞A549、H1299,应用Real-time PCR和VVestern blot的方法验证人肺癌细胞A549、H1299的沉默效率;应用RNAi技术抑制HMGN5基因在肺癌A549、H1299细胞中的表达,HMGN5 siRNA重组慢病毒感染人肺癌细胞,应用MTT方法检测HMGN5沉默表达后人肺癌细胞增殖能力的变化;应用Brdu的方法检测沉默IMGN5表达,人肺癌细胞DNA合成速度变化;应用克隆形成实验验证HMGN5沉默后人肺癌细胞的克隆形成能力的改变;采用流式细胞仪检测细胞周期的变化,以探讨HMGN5在肺癌细胞中的生物学功能;建立人肺癌A549细胞裸鼠皮下种植瘤模型,通过观察肿瘤的大小并对瘤体进行称重,观察HMGN5基因沉默对裸鼠的体内成瘤能力的影响。结果:Real-time PCR结果显示在肺癌组织中的表达水平(4.60±0.47)显著高于癌旁组织(1.02±0.55)(P<0.05);HMGN5 siRNA重组慢病毒载体构建成功;Real-time PCR和Western blot结果显示,实验设计的siRNA靶点序列在人肺癌细胞A549和H1299细胞内沉默表达HMGN5的沉默效率达到80%:重组的HMGN5 siRNA慢病毒载体作用于人肺癌细胞A549、H1299细胞后,HMGN5基因的mRNA及蛋白表达水平明显降低,MTT、Brud、细胞克隆形成实验结果表明转染HMGN5-siRNA的A549、H1299细胞增殖能力、DNA复制能力、克隆形成能力明显降低,流式细胞术实验结果表明转染HMGN5-siRNA的A549、H1299细胞阻滞于Go/G1期,使细胞分裂减缓;成功建立A549裸鼠皮下移植瘤模型,体内观察实验结果表明注射HMGN5-siRNA小鼠的转移瘤质量及体积较对照组明显降低,裸鼠体内成瘤能力明显受到抑制。结论:HMGN5在肺癌组织中高表达;成功构建了HMGN5 siRNA干扰质粒,能够抑制HMGN5基因的nnRNA和蛋白表达;HMGN5 siRNA慢病毒表达载体能够抑制肺癌细胞增殖、克隆形成能力,导致细胞阻滞于G0/G1期,使细胞分裂减缓,提示HMGN5基因参与了肺癌发展过程,HMGN5可以作为肺癌基因治疗的新靶点,为治疗肺癌提供新的思路和理论研究基础。
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