JNK在氧化应激导致胶质瘤细胞Parthanatos中的作用及机制研究

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背景:胶质瘤是最常见的一种原发恶性脑肿瘤,发病率较高[25,26]。胶质瘤细胞经放、化疗后仍能存活是因为细胞抗凋亡[26]。PARP-1,是一种高表达的核蛋白,参与检测DNA链断裂,在神经胶质瘤细胞基因组的稳定中参与DNA修复[27],PARP-1轻度激活被认为是胶质瘤细胞抵抗凋亡的一个因素,而抑制PARP-1活化是恢复胶质瘤细胞对化疗或放疗敏感的一种策略[28-31]。最新报道表明,PARP-1过度活化导致细胞死亡[32,33],这是一种新的程序性细胞死亡方式,命名为“Parthanatos”以区别caspase依赖的细胞凋亡、坏死和其他形式的细胞死亡[27]。根据细胞死亡命名委员会的标准,Parthanatos的定义有两个主要准则:一是PAR过度合成伴随细胞死亡,二是细胞死亡因PARP-1基因敲除或PARP-1抑制剂处理后完全或部分抑制[34]。实验研究表明,Parthanatos不仅涉及多种病理状态,如糖尿病、炎症、脑缺氧/缺血和脑外伤[34-37],而且参与化学药物诱导的癌细胞死亡如神经胶质瘤、食管鳞状细胞癌和胃癌[32,33,38]。作为一个独特的细胞死亡途径,Parthanatos的特征包括一系列精确运行的生化反应如PARP-1过度激活,胞浆PAR聚合物积聚,线粒体去极化和AIF核转位。最后,AIF启动核染色质溶解或冷凝导致细胞死亡[27,34]。基因毒性药物诱导DNA链断裂激活PARP-1[27],ROS也参与调节Parthanatos。Chiu等人证明,MNNG(N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍)作用于小鼠胚胎成纤维细胞能抑制ROS水平,减少PARP-1-依赖的细胞死亡。MNNG是一种烷化剂,可以直接损伤DNA[39]。在我们以前的研究中也发现ROS导致脱氧鬼臼毒素作用的胶质瘤细胞PARP-1过度活化[32]。然而氧化应激条件下胶质瘤细胞中PARP-1过度激活涉及的信号通路仍不清楚,有报道MAPK家族的ERK通路参与调控人类淋巴细胞氧化应激引起的Parthanatos[40]。JNK,是MAPK的另一个亚家族,也可以被ROS激活调节胶质瘤细胞程序性死亡[41]。因此,我们推测JNK通过氧化应激调节Parthanatos。H2O2、超氧自由基和羟基自由基均属于ROS[16],广泛用于诱导多种癌细胞如胃癌,宫颈癌,大肠癌,乳腺癌和胶质瘤的氧化应激反应[17-24],因此我们用人脑胶质瘤细胞株和H2O2探讨JNK在氧化应激导致胶质瘤细胞Parthanatos中的作用。目的:使用胶质瘤细胞系和H2O2探讨JNK怎样调节氧化应激导致的胶质瘤细胞Parthanatos方法:1、通过MTT法检测H2O2作用的胶质瘤细胞生存活性。2、通过LDH释放实验检测H2O2作用的胶质瘤细胞死亡情况。3、通过Annexin V-FITC/PI双染和罗丹明染色流式细胞术检测胶质瘤细胞存活率和线粒体膜电位变化。4、通过DCFH-DA探针检测细胞内ROS水平,Mito SOX探针检测线粒体过氧化物,荧光显微镜观察细胞荧光亮度,荧光密度仪分析荧光密度变化。5、通过免疫细胞化学染色观察H2O2作用的胶质瘤细胞内AIF的变化。6、通过JNK Si RNA或PARP-1 Si RNA转染明确JNK、PARP-1在H2O2诱导胶质瘤细胞Parthanatos中的作用。7、通过免疫蛋白印迹检测H2O2作用的胶质瘤细胞PAR、PARP-1、JNK、p-JNK、AIF的表达变化。结果:1、H2O2导致SHG-44,U251和U87胶质瘤细胞生存活性下降;H2O2浓度和时间依赖引起SHG-44、U251和U87胶质瘤细胞死亡。3AB抑制PARP-1、Si RNA敲除PARP-1、NAC抑制细胞内ROS或SP600125抑制JNK磷酸化显著提高胶质瘤细胞的生存活性。2、流式细胞术检测显示3AB抑制PARP-1提高胶质瘤细胞的存活率,3AB抑制PARP-1阻止胶质瘤细胞线粒体膜电位下降,Si RNA敲除PARP-1、NAC抑制ROS或SP600125抑制JNK磷酸化提高胶质瘤细胞存活率和减少细胞死亡。3、DCFH-DA探针和Mito SOX探针检测H2O2作用的胶质瘤细胞具有更明亮的绿色荧光和红色荧光(对荧光敏感)。荧光密度统计分析证明外源性H2O2诱导细胞内ROS和线粒体过氧化物产生、NAC抑制ROS或SP600125抑制JNK磷酸化减少细胞内ROS积聚、SP600125抑制JNK磷酸化减少线粒体过氧化物产生。4、免疫细胞化学染色观察H2O2作用的胶质瘤细胞AIF明显积聚于胞核。5、免疫蛋白印迹法检测胶质瘤细胞PAR、PARP-1、JNK、p-JNK、AIF的表达变化:H2O2导致胶质瘤细胞PARP-1在胞浆、胞核表达上调,胞浆PAR聚合物形成、胞核内AIF增加;3AB抑制PARP-1、Si RNA敲除PARP-1或NAC抑制ROS,抑制PARP-1的表达、胞浆PAR聚合物形成和AIF核转位。H2O2导致胶质瘤细胞JNK磷酸化增加;SP600125抑制JNK或Si RNA敲除JNK抑制JNK磷酸化同时PARP-1表达下降、胞浆PAR聚合物和AIF核转位减少。结论:1、ROS诱导胶质瘤细胞Parthanatos。2、JNK激活促进胶质瘤细胞Parthanatos。3、JNK通过调节细胞内ROS水平参与调节胶质瘤细胞Parthanatos。
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