整合转录组学、蛋白质组学和CRISPR/Cas9文库筛选技术探索膀胱癌细胞化疗耐药机制

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目的:膀胱癌是泌尿系中常见的肿瘤之一,病因不明。膀胱癌早期治疗主要以手术切除为主,而晚期远处转移的患者以全身化疗为主,一线化疗药物主要为顺铂加吉西他滨联合用药。统计显示近30年来,膀胱癌患者的长期生存无明显提高,主要原因是化疗后期出现耐药,而耐药机制不明,且缺乏其他新的有效药物及化疗增敏药物,因此膀胱癌化疗耐药发生机制及新药研发对膀胱癌的治疗极为迫切。因此,本研究将构建膀胱癌耐药细胞模型,通过组学技术及CRISPR文库筛选技术揭示膀胱癌耐药的分子机制。方法:(1)通过药物逐渐递增的方法,经过长期诱导T24,UMUC-3,5637三株细胞,构建吉西他滨单耐药,顺铂单耐药,吉西他滨-顺铂双耐药共三种类型的膀胱癌耐药细胞系。(2)运用二代测序技术对T24细胞和新构建的T24三株耐药细胞进行转录组学分析,寻找差异基因,进行差异基因功能富集分析,联合比对药物基因组数据库寻找潜在的化疗增敏小分子药物,并联合分析TCGA数据库寻找可能与临床预后相关的耐药基因。最后挑取关键基因进行实时荧光定量聚合酶链反应验证。(3)运用TMT标记定量质谱技术,对T24细胞和新构建的T24三株耐药细胞进行蛋白质组学分析,寻找差异蛋白,并进行蛋白功能富集分析,联合转录组学数据进行关联分析。(4)运用CRISPR文库筛选技术对顺铂耐药的T24细胞进行文库病毒感染,随后给予顺铂筛选,DNA提取测序后,进行阴性筛选分析,以获得敲除后可以增加顺铂耐药T24化疗敏感性的基因,并与转录组学数据和蛋白质组学数据联合分析。结果:(1)经过长时间培养,我们成功构建了T24与UMUC-3两株细胞的吉西他滨单耐药,顺铂单耐药,吉西他滨-顺铂双耐药模型,而5637无法对顺铂长期耐药。(2)转录组学数据分析获得吉西他滨耐药,顺铂耐药,吉西他滨/顺铂双耐药的三株细胞上调的差异基因数目分别为304,267,463,下调的差异基因数目分别为138,212,837,共同上调基因有56个,共同下调的有59个。功能富集分析发现,差异基因主要与细胞粘附,细胞因子,炎症信号通路等有关。结合TCGA数据库,得到了一部分耐药相关差异基因与膀胱癌临床预后相关,同时结合药物基因组学数据获得了一些潜在化疗增敏药物。(3)蛋白质组学数据分析获得吉西他滨耐药,顺铂耐药,吉西他滨/顺铂双耐药的三株细胞上调的差异蛋白数目分别为215,348,1007,下调的差异蛋白数目分别为201,388,797,共同上调基因有69个,共同下调的有66个。功能富集分析发现,差异蛋白主要与核糖体合成,氢离子跨膜转运,肌动蛋白调控等有关。联合转录组学分析,发现耐药细胞中差异蛋白质表达与转录组基因表达谱相关性较高。(4)通过CRISPR文库阴性筛选,总共获得774个基因,这些基因的敲除可能增加耐药细胞对顺铂的敏感性,功能富集分析显示这些基因主要与核苷酸切除修复,核糖体蛋白复合体组装等功能有关。其中有22个基因在顺铂耐药T24的转录组学或蛋白质组学中存在明显上调。结论:通过长期化疗药物诱导构建的膀胱癌耐药细胞系是稳定可靠的体外研究模型。转录组学和蛋白质组学可以完整揭示膀胱癌耐药细胞中m RNA和蛋白质表达改变的“全景图”,耐药相关的差异基因涉及细胞内多个生物学功能和分子信号通路。CRISPR文库筛选可以有效促进肿瘤耐药相关基因的发现。
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