LncROPM通过调控磷脂代谢促进乳腺癌干细胞(BCSCs)干性与化疗药物耐受的分子机制研究

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目的:揭示lnc ROPM通过磷脂代谢促进乳腺癌干细胞(BCSCs)干性与化疗药物耐受的分子机制。方法:(1)Lnc RNA芯片检测在MCF7/BCSCs与MCF7/non-BCSCs中显著差异变化的lnc RNA(倍数变化>2.0且P<0.05);根据生物信息学分析,从显著差异变化的lnc RNA中筛选出感兴趣的与代谢相关的lnc RNA;q RT-PCR检测lnc ROPM在不同乳腺癌细胞系来源的BCSCs与non-BCSCs中的表达情况;荧光原位杂交及核浆分提实验检测lnc ROPM在BCSCs中的定位;同时数据库查询lnc ROPM在人类染色体中的定位,并预测其蛋白编码能力。(2)TCGA数据库分析lnc ROPM表达与乳腺癌患者预后的关系;q RT-PCR分析lnc ROPM在乳腺癌与癌旁组织以及乳腺癌不同临床病理特征组织中的表达情况,同时荧光原位杂交检测典型组织中lnc ROPM的表达情况;采用Pearson相关性分析确定乳腺癌组织中lnc ROPM表达与干性相关基因Sox2、Oct4表达的关系;q RT-PCR评估lnc ROPM在乳腺癌组织来源的CSCs与non-CSCs中的表达差异。(3)利用慢病毒载体分别构建稳定敲低lnc ROPM的BCSCs细胞模型以及稳定过表达lnc ROPM的non-BCSCs细胞模型;q RT-PCR与蛋白质免疫印迹实检测敲低及过表达lnc ROPM后干性相关基因(Sox2、Nanog、Oct4、Klf4)的表达情况;干细胞成球实验检测敲低及过表达lnc ROPM后干细胞成球率与成球大小的改变;体内外极限稀释实验检测敲低及过表达lnc ROPM后CSCs的形成频率。(4)利用生物信息学预测lnc ROPM的靶基因,并通过q RT-PCR实q RT-PCR与蛋白质免疫印迹实检测敲低及过表达lnc ROPM后干性相验进行进一步验证;q RT-PCR与蛋白免疫印迹实验检测敲低及过表达lnc ROPM后靶基因PLA2G16的表达变化;使用q RT-PCR分析PLA2G16在乳腺癌患者不同临床病理特征组织中的表达情况,同时免疫组织化学染色检测典型组织中PLA2G16的表达情况;采用Pearson相关性分析确定乳腺癌组织中PLA2G16表达与lnc ROPM表达的关系;利用GEO数据库分析PLA2G16在乳腺癌组织中的表达情况。(5)q RT-PCR检测lnc ROPM敲低后PLA2G16前体m RNA与成熟m RNA的表达情况;序列比对分析lnc ROPM与PLA2G16是否存在直接结合位点;RNA pull-down实验检测lnc ROPM与PLA2G16 3’-UTR区、CDS区、5’-UTR区的互作情况;荧光素酶报告基因实验进一步验证lnc ROPM与PLA2G16的互作情况;使用放线菌素D(RNA合成抑制剂)试剂以时间依赖方式分别处理sh Ctrl与shlnc ROPM组以及LEV与LV-lnc ROPM组中的细胞,随后q RT-PCR检测PLA2G16 m RNA在不同时间点的表达变化。(6)q RT-PCR与蛋白免疫印迹实验检测PLA2G16在不同乳腺癌细胞系以及乳腺癌组织来源的CSCs与non-CSCs中的表达情况;采用Pearson相关性分析确定乳腺癌组织中PLA2G16表达与Sox2、Oct4表达的关系;利用慢病毒载体构建稳定敲低PLA2G16的BCSCs细胞模型以及稳定过表达PLA2G16的non-BCSCs细胞模型或使用胞浆型磷脂酶A2抑制剂Giripladib处理细胞;随后蛋白质免疫印迹实验检测PLA2G16敲低组、Giripladib处理组、PLA2G16过表达组以及各自对照组中干性相关基因(Sox2、Oct4、Klf4)的表达变化;干细胞成球实验检测以上各组中干细胞成球率与成球大小的改变;在敲低lnc ROPM的细胞中过表达PLA2G16以及在过表达lnc ROPM的细胞中敲低PLA2G16或使用抑制剂Giripladib处理后,蛋白免疫印迹实验检测干性相关基因(Sox2、Oct4、Klf4)的表达变化以及干细胞成球实验检测干细胞的成球率改变。(7)脂质代谢组学检测敲低及过表达lnc ROPM后细胞中脂质代谢产物的改变;统计分析显著差异变化的代谢产物;脂质代谢组学检测PLA2G16敲低组、Giripladib处理组、PLA2G16过表达组以及各自对照组中花生四烯酸(AA)的含量变化,同时检测AA在BCSCs与non-BCSCs中的含量变化;随后在敲低lnc ROPM或PLA2G16的BCSCs中外源性添加AA后,干细胞成球实验检测外源性AA对干细胞成球率的改变,蛋白免疫印迹实验检测外源性AA对干性相关基因(Sox2、Oct4、Klf4)以及干细胞相关信号通路(Wnt/β-catenin、Notch、Hedgehog、Hippo/YAP、PI3K/AKT)中关键蛋白表达的影响。(8)CCK-8实验检测lnc ROPM敲低组、PLA2G16敲低组、Giripladib处理组、lnc ROPM过表达组、PLA2G16过表达组以及各自对照组细胞对化疗药物(多柔比星、顺铂、他莫昔芬)的敏感性;q RT-PCR检测对他莫昔芬耐药的MCF7细胞、对顺铂耐药的MDA-MB-231细胞、对多柔比星耐药的BT549细胞以及各自亲代细胞来源的CSCs中lnc ROPM、PLA2G16、Oct4、Sox2的表达情况;分别向lnc ROPM敲低组、PLA2G16敲低组或Giripladib处理组中外源性添加AA后,利用CCK-8实验再次检测细胞对化疗药物的敏感性;随后干细胞成球实验检测化疗药物处理组(多柔比星、顺铂、他莫昔芬)、Giripladib处理组、化疗药物与Giripladib联合处理组及对照组中干细胞的成球情况及成球率改变;裸鼠原位异种移植实验验证多柔比星处理组、Giripladib处理组、多柔比星与Giripladib联合处理组及对照组中干细胞的致瘤能力,并测量各组肿瘤的体积以及免疫组织化学染色检测各个分组中KLF4的表达情况。结果:(1)与non-BCSCs相比,和代谢潜在相关的lnc ROPM在BCSCs中显著高表达,主要分布于BCSCs细胞质中;而且lnc ROPM定位于人类11号染色体,不具备编码蛋白的能力。(2)乳腺癌患者生存分析表明,lnc ROPM的表达水平越高,患者的3年无病生存率与无进展生存率越低,并且在接受治疗的ER-PR-Her2-乳腺癌患者中,高表达的lnc ROPM与病人的不良预后显著相关;与癌旁组织相比,lnc ROPM在乳腺癌组织中明显高表达,且lnc ROPM的表达与乳腺癌肿瘤大小、TNM分期、组织学分级、淋巴结转移、肿瘤复发以及化疗药物耐受密切相关;Pearson相关性分析表明,在乳腺癌组织中lnc ROPM的表达与Sox2、Oct4的表达成正相关;与non-CSCs相比,lnc ROPM在乳腺癌组织来源的CSCs中显著高表达,尤其是在高组织学分级组中。(3)敲低lnc ROPM后,BCSCs中Sox2、Nanog、Oct4、Klf4的表达水平显著降低,干细胞成球能力明显减弱,成球率减少,CSCs形成频率显著降低;而过表达lnc ROPM后,non-BCSCs的干性明显增强,Sox2、Nanog、Oct4、Klf4的表达水平显著上调,干细胞成球能力明显增强,成球率增加,CSCs形成频率显著增加。(4)PLA2G16是lnc ROPM的靶基因,lnc ROPM的缺失或过表达显著降低或增强PLA2G16 m RNA水平的表达以及蛋白水平的表达;并且在乳腺癌患者组织中,PLA2G16的表达与TNM分期、组织学分级、淋巴结转移、肿瘤复发以及化疗药物耐受密切相关;Pearson相关性分析表明,PLA2G16的表达与lnc ROPM的表达成正相关;GSE22513芯片结果显示,与对新辅助紫杉醇/放射治疗有病理性完全应答的患者相比,PLA2G16在对新辅助疗法部分应答的乳腺癌患者的肿瘤组织中高表达。(5)敲低lnc ROPM,含有三个内含子的PLA2G16前体m RNA表达水平无明显变化,而含有3’-UTR、CDS与5’-UTR区的经过剪接的成熟PLA2G16 m RNA表达水平显著降低;序列比对分析发现,lnc ROPM可能与3’-UTR区直接互作(energy=-17.86 kcal/mol);RNA pull-down及荧光素酶报告基因实验结果表明,lnc ROPM可与PLA2G16 m RNA的3’-UTR区直接互作;并且敲低或过表达lnc ROPM后,PLA2G16 m RNA的稳定性减弱或增强。(6)与non-BCSCs相比,PLA2G16在BCSCs中明显高表达;在乳腺癌组织中,PLA2G16的表达与Sox2、Oct4的表达成正相关;敲低PLA2G16或抑制剂Giripladib处理后,BCSCs中干性相关基因(Sox2、Oct4、Klf4)的表达显著降低,干细胞成球能力减弱;而过表达PLA2G16后,non-BCSCs中干性相关基因(Sox2、Oct4、Klf4)的表达明显增加,干细胞成球能力增强;并且在敲低lnc ROPM的BCSCs中过表达PLA2G16后,可有效回复lnc ROPM缺失引起的受到抑制的干性相关基因(Sox2、Oct4、Klf4、Nanog)的表达以及受损的干细胞成球能力;另一方面,由lnc ROPM过表达引起的增强的CSCs干性特征能被PLA2G16沉默或失活明显逆转。(7)敲低或过表达lnc ROPM后,PLA2G16的底物PC(磷脂酰胆碱)与PG(磷脂酰甘油)的含量明显增加或降低,而代表性产物Cer(神经酰胺)与FFA(游离脂肪酸)含量显著降低或增加;在变化的代谢产物中,FFA的变化倍数最大;其中花生四烯酸(AA)是在FFA中变化最大的代谢产物;敲低PLA2G16或抑制剂Giripladib处理后,MCF7 CSCs中AA的含量显著降低;而过表达PLA2G16后,MCF7 non-CSCs中AA的含量显著增加;并且与non-BCSCs相比,AA在BCSCs中的含量显著增加;向敲低lnc ROPM或PLA2G16的BCSCs中外源性添加AA后,可有效回复lnc ROPM、PLA2G16缺失引起的受到抑制的干性相关基因(Sox2、Oct4、Klf4、Nanog)的表达、受损的干细胞成球能力以及下调的PI3K/AKT、Wnt/β-catenin与Hippo/YAP信号通路。(8)Lnc ROPM或PLA2G16的缺失显著增加了BCSCs对化疗药物(他莫昔芬、多柔比星、顺铂)的敏感性,并且使用抑制剂Giripladib处理BCSCs时,具有与PLA2G16缺失相似的结果;而过表达lnc ROPM或PLA2G16后,non-BCSCs对化疗药物的敏感性显著降低;lnc ROPM与PLA2G16在具有较强干性特征的乳腺癌耐药细胞株来源的BCSCs中显著高表达;并且在lnc ROPM敲低组、PLA2G16敲低组或Giripladib处理组中外源性添加AA后,可有效降低lnc ROPM缺失或PLA2G16缺失、失活引起的BCSCs对化疗药物增加的敏感性;Giripladib与化疗药物(多柔比星、顺铂、他莫昔芬)联合使用可有效减少BCSCs的数量,降低BCSCs的干性与致瘤性。结论:(1)与代谢相关的lnc ROPM在BCSCs中高表达,定位于人类11号染色体,主要分布于BCSCs细胞质中。(2)Lnc ROPM在乳腺癌组织以及乳腺癌化疗耐药组织中高表达,并与乳腺癌患者的临床病理特征、干性表型、不良预后密切相关。(3)Lnc ROPM促进BCSCs的干性特征,是BCSCs维持干性所必须的。(4)PLA2G16是lnc ROPM的靶基因并促进乳腺癌的恶性进展与化疗药物耐受。(5)Lnc ROPM通过与PLA2G16 m RNA的3’-UTR区直接互作增强其m RNA稳定性,从而提高靶基因PLA2G16的表达水平。(6)PLA2G16在BCSCs中高表达,显著促进BCSCs的干性特征,并且lnc ROPM通过调控靶基因PLA2G16的表达来促进BCSCs的干性特征。(7)Lnc ROPM-PLA2G16信号轴调节磷脂代谢,促进代谢产物AA的产生,从而激活PI3K/AKT、Wnt/β-catenin与Hippo/YAP信号通路促进BCSCs的干性特征。(8)Lnc ROPM、PLA2G16以及AA促进BCSCs对化疗药物耐受,Giripladib与化疗药物联用可有效消除BCSCs。
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