RNAi介导的AEG-1基因沉默对黑色素瘤细胞生物学行为的影响及机制研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:m104129495
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目的:恶性黑色素瘤(malignant melanoma,MM)是黑色素瘤细胞来源的一种恶性肿瘤,发病率为全部恶性肿瘤的4%-5%,占皮肤恶性肿瘤的5-10%。随着人类活动对大气环境中的臭氧层破坏加剧,近年来MM的发病率逐渐增加,年增长率大概为3-5%,较其他大部分的恶性肿瘤的发病率增长幅度都要高。黑色素瘤的恶性度较高,早期即容易发生向其他组织器官的转移,目前尚无特效疗法,对放射治疗和化学治疗均敏感度较差。MM患者的总体5年生存率不到10%,晚期黑色素瘤5年生存率大约在5%左右,为预后较差的恶性肿瘤之一。因此,研究恶性黑色素瘤的发生机制,探索有效控制黑色素瘤侵袭和转移的途径,对于寻找黑色素瘤新的治疗靶点、减少其转移和复发、进一步改善预后和患者的生存质量等都具有重要的理论和实际意义。  星形胶质细胞升高基因-1(astrocyte elevated gene-1,AEG-1),也被称做异黏蛋白或者转移黏附蛋白(metadherin,MTDH),是2002年由Su等人在HIV-1感染或肿瘤坏死因子-α诱导的人胚胎星形胶质细胞中发现,逐渐受到广泛深入研究的新基因。AEG-1基因定位于人染色体8q22区域,此染色体位点与入神经胶质瘤等多种恶性肿瘤的发生有密切相关。AEG-1基因在正常组织细胞中表达水平较低,甚至无表达,但在恶性肿瘤细胞中常检测到过度表达。近年来多项研究证实,AEG-1基因在多种恶性肿瘤(如胃癌、乳腺癌、肝癌、前列腺癌等)组织中高表达,并参与肿瘤的发生和发展过程,包括增殖、侵袭、血管生成、转移、上皮间质转化(EMT)和化疗耐药等。另已有研究表明AEG-1基因在恶性黑素瘤组织中呈现高表达趋势,并与黑色素瘤的进展有关。然而,AEG-1基因在恶性黑色素瘤发生过程中的作用并不十分清楚,有待进一步研究。  RNA干扰(RNA interference,RNAi),是由双链RNA(double strandedRNA,dsRNA)诱导的,在细胞内对其特异性同源的信使RNA(mRNA)产生降解作用,进而引起基因表达沉默的过程,目前广泛应用于恶性肿瘤的治疗研究中。研究表明化学合成的siRNA(small interfering RNA)具有高效的抑制作用,但受转染效率的影响较大,并且容易在细胞内被降解,作用持续时间较短;而采用构建的短发夹RNA(short hairpin RNA, shRNA)的质粒表达载体,转染至细胞内之后,在细胞内Dicer酶的作用下,生成对应的siRNA再发挥RNA干扰作用,能够有效地延长目的基因的抑制作用时间,对基因表达的沉默作用更为持久有效。故本研究通过构建AEG-1的shRNA干扰质粒,稳定转染至体外培养的黑色素瘤细胞内,通过一系列细胞功能学等的实验,来观察抑制AEG-1基因的表达后,黑色素瘤细胞的增殖、凋亡、侵袭、迁移等生物学行为的变化情况,并探讨可能与之相关的一些机制,为寻找MM基因疗法的新靶点提供实验依据。  研究方法:本研究首先以人黑色素瘤细胞系A375、A875、MV3为实验材料,应用Western blot方法检测出AEG-1表达水平较高的两株细胞用于后续实验;将体外构建的pGCsi-H1-AEG-1的干扰质粒和pGCsi-H1-control的对照质粒,分别转染至黑色素瘤细胞内,之后经过G418的抗性筛选,获得相应shRNA的稳定转染细胞系,用Real-time PCR法检测稳转细胞中AEG-1的mRNA表达情况,用Western blot法检测稳定转染细胞中AEG-1的蛋白表达水平,分别从转录和翻译水平来验证AEG-1基因沉默成功。之后CCK-8实验检测黑色素瘤细胞的增殖情况;流式细胞术检测黑色素瘤细胞的细胞周期;Western blot检测黑色素瘤细胞中Cyclin D1、CyclinE、CyclinB的表达水平;Hoechst染色及流式细胞术检测黑色素瘤细胞的凋亡情况;Western blot检测黑色素瘤细胞内凋亡相关蛋白cleaved-caspase-3、Bcl-2、Bax的表达情况;Transwell实验(加基质胶和不加基质胶)分别检测黑色素瘤细胞的侵袭和迁移能力;Real-time PCR和Western blot检测黑色素瘤细胞中MMP-2和MMP-9的表达水平;明胶酶谱实验检测黑色素瘤细胞中MMP-2和MMP-9的活性。构建裸鼠黑色素瘤移植模型,绘制肿瘤生长曲线、HE染色检测各组瘤组织的形态及免疫组化检测各组瘤组织中AEG-1的表达以观察AEG-1基因沉默对黑色素瘤的抑制效应。  结果:1.Western blot结果显示,3个黑色素瘤细胞株A375、A875、MV3均表达AEG-1,其中以A375、MV3中AEG-1蛋白的表达水平较高,以A375、MV3细胞系用作亲代肿瘤细胞(parental cell),用于后续实验。2.成功建立RNAi表达载体稳定转染A375、MV3细胞系。Real-time PCR及Western blot检测结果显示pGCsi-H1-AEG-1转染组中AEG-1基因在mRNA和蛋白水平的表达均明显低于parental组及PGCsi-H1-control转染组,而parental组与pGCsi-H1-control转染组相比并无明显区别。提示RNAi表达载体介导的AEG-1沉默能够在转录和翻译水平有效的抑制AEG-1的表达。3.CCK-8实验结果显示,pGCsi-H1-AEG-1转染组与parental组及pGCsi-H1-ontrol转染组相比,细胞的增殖能力明显减弱。流式细胞术结果显示与对照组相比,pGCsi-H1-AEG-1转染组细胞中,处于G0/G1和G2/M两期的细胞比例增多显著,而S期的细胞比例则降低明显。Western blot结果显示pGCsi-H1-AEG-1转染组细胞周期蛋白CyclineD1、E、B的表达显著减少。以上结果表明沉默AEG-1基因可以将细胞生长阻滞于G0/G1期,延缓细胞周期,从而抑制细胞增殖。4.Hoechst染色的典型结果显示pGCsi-H1-AEG-1转染细胞较对照组细胞荧光强度高,具有明显的凋亡小体。流式细胞术AnnexinⅤ-FITC/PI染色检测结果显示pGCsi-H1-AEG-1转染组细胞凋亡比例明显高于parental组与pGCsi-H1-control转染组。Western blot结果表明pGCsi-H1-AEG-1转染组细胞Bcl-2蛋白表达明显减少,Bax、cleaved-caspase-3蛋白的表达明显增多。以上结果表明AEG-1基因的沉默促进了黑色素瘤细胞的体外凋亡。5.Transwell检测结果显示与对照组相比,pGCsi-H1-AEG-1转染组侵袭及迁移的细胞数目均明显下降。Real-timePCR及Western blot结果表明pGCsi-H1-AEG-1转染组细胞中MMP-2和MMP-9在mRNA和蛋白水平的表达均明显低于对照组。明胶酶谱实验结果显示pGCsi-H1-AEG-1转染组细胞中MMP-2和MMP-9的活性明显低于对照组。上述结果表明RNAi表达载体介导的AEG-1沉默可能通过下调MMP-2和MMP-9的表达进一步抑制了黑色素瘤细胞的体外侵袭和迁移。6.各组裸鼠的黑色素瘤细胞的皮下种植瘤100%获得成功,从各组肿瘤生长曲线可见,pGCsi-H1-AEG-1转染组与parental组和pGCsi-H1-control转染组相比,瘤体生长缓慢,瘤体体积、重量均明显下降,说明沉默AEG-1基因的表达后,裸鼠的肿瘤形成能力明显降低,肿瘤生长明显受到抑制。  结论:1.携带了AEG-1干扰片段的质粒稳定转染人黑色素瘤细胞A375、MV3后在翻译和转录的水平均有效地沉默了AEG-1基因,为后续实验打下基础。2.RNAi介导的AEG-1基因沉默在体外实验可以显著抑制人黑色素瘤细胞A375、MV3的增殖、侵袭及迁移能力,延缓细胞周期,促进细胞的凋亡。3.RNAi介导的AEG-1基因沉默在体内环境下能够使裸鼠活体肿瘤的生长受到显著抑制,与体外试验结果一致。4.AEG-1有可能成为预防、治疗黑色素瘤侵袭和转移的潜在靶点,RNA干扰技术能够成功地沉默AEG-1基因的表达,能为恶性黑色素瘤的基因靶向治疗提供一个新思路,有潜在的临床应用前景。
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