LncRNA KCNQ1OT1通过miR-138调控肌腱干细胞成脂及成骨分化的机制研究

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研究背景:随着全民运动的兴起,肌腱损伤已成为一种非常普遍的运动损伤。目前临床上针对肌腱损伤的治疗方式存在恢复周期长、复发率高和无法恢复原有的生物力学特性等局限性。近年来越来越多的证据表明肌腱干细胞(tendon stem cells,TSCs)具有自我更新和多向分化的潜能从而修复受损肌腱组织的能力,目前已有研究指出TSCs的异常分化是肌腱损伤的发病基础。因此阐明抑制TSCs的异常分化是否可以改善肌腱损伤成为关键。长链非编码 RNA(1 ongcon-codingRNA,IncRNA)和微小(microRNA,miRNA)之间可以多位点,多靶标的相互调控,共同参与细胞的分化、增殖和多种疾病的发生发展.miRNA在间充质干细胞的多向分化中的作用成为目前关注的热点。研究表明,miR-138可以通过调控间充质干细胞中过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARy)和RUNX家族转录因子2(RUNX2)的表达影响间充质干细胞的成脂分化及成骨分化;LncRNA KCNQ1 Opposite Strand/Antisense Transcript 1(KCNQlOT1)可发挥成骨分化的作用参与骨溶解症调控。且文献报道LncRNA KCNQ1OT1可发挥内源性miR海绵的功能,然而,LncRNA KCNQ1OT1是否能够通过miR-138在TSCs的成骨分化和成脂分化中起调控作用尚不清楚。因此,本研究将探讨LncRNA KCNQ1OT1和miR-138在TSCs成脂分化和成骨分化过程中的作用,从而为临床治疗肌腱损伤提供新思路和分子理论基础。目的:1.体内实验研究TSCs注射对损伤肌腱组织的修复作用以及对LncRNA KCNQ1OT1和miR-138的表达水平的影响。2.体外实验探索LncRNA KCNQ1OT1和miR-138在TSCs成脂分化和成骨分化过程中的变化规律。3.体外实验探索LncRNA KCNQ1OT1能否与miR-138结合。4.体内实验研究LncRNA KCNQ1OT1对TSCs成脂分化和成骨分化的影响以及对肌腱修复的抑制作用。方法:1.建立小鼠肌腱损伤模型,通过生物力学测试小鼠跟腱组织的最大负荷和刚度,通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测肌腱组织中LncRNA KCNQ1OT1和miR-138的表达水平,使用Western blot检测肌腱组织中RUNX2和PPARγ的蛋白水平。2.体外培养TSCs,流式细胞术检测TSCs表面标志物,然后分别成脂和成骨分化,油红O染色和茜素红染色观察证实TSCs的多向分化潜能,Western blot检测RUNX2和PPARy的水平、qRT-PCR检测成脂分化和成骨分化诱导的TSCs中LncRNA KCNQ1OT1和miR-138的表达水平;再通过干扰TSCs中的LncRNA KCNQ1OT1 后,qRT-PCR检测相对脂联素水平,Western blot检测 PPARγ、RUNX2和Osterix的蛋白水平.试剂盒检测碱性磷酸酶(ALP)活性.3.通过生物信息学预测网站(DIANA和RNAInter数据库)进行预测,发现LncRNA KCNQ1OT1和miR-138之间存在结合位点。体外通过RNA免疫沉淀(RIP)和 RNA pull-down 实验进一步明确 LncRNA KCNQ1OT1 和 miR-138 之间的相互作用。4.体外转染si-KCNQ1OT1后qRT-PCR检测TSCs中miR-138表达水平变化;然后将 si-control,si-KCNQ1OT1,si-KCNQ1OT1+NC 和 si-KCNQ1OT1+miR-138 inhibitor分别转染于成脂分化及成骨分化诱导的TSCs中,qRT-PCR检测 miR-138 的表达,Western blot 检测 PPARγ、RUNX2 和 Osterix 的蛋白水平。5.建立小鼠肌腱损伤模型,将转染pcDNA-KCNQ1OT1的TSCs和转染空载体(pcDNA)的TSCs注射至肌腱损伤部位,通过生物力学评估小鼠肌腱组织的最大负荷和刚度,qRT-PCR检测miR-138在小鼠肌腱组织中的表达;Western blot检测RUNX2和PPARγ蛋白在小鼠肌腱组织中的表达。结果:1.生物力学测试结果显示注射TSCs后损伤肌腱组织最大负荷和刚度升高(P<0.05)。qRT-PCR结果显示损伤肌腱注射TSCs后可以下调LncRNA KCNQ1OT1的表达、上调miR-138的表达。Western blot结果显示损伤肌腱注射TSCs后可以下调RUNX2和PPARγ的蛋白的表达水平。说明注射TSCs对损伤肌腱组织具有保护作用.2.流式细胞仪检测证实分离得到是TSCs。油红O染色以及茜素红染色观察证实TSCs具有成脂及成骨分化的潜能。TSCs在成脂和成骨分化培养基诱导后,Western blot检测结果显示成脂和成骨相关的蛋白表达上调;qRT-PCR检测结果显示LncRNA KCNQ1OT1的表达显著增加,而miR-138的表达显著降低(P<0.05).在干扰了 TSCs中LncRNA KCNQ1OT1的表达后,上述的表达水平全部逆转。说明LncRNA KCNQ1OT1和miR-138的表达水平和TSCs的成脂和成骨分化具有相关性。3.RIP 实验显示与 Input 组相比,miR-138 和 LncRNA KCNQ1OT1 在 AGO2抗体免疫沉淀复合物中富集;RNA pull-down实验结果显示LncRNA KCNQ1OT1的下拉复合物中存在miR-138的富集.均揭示了 LncRNA KCNQ1OT1和miR-138之间存在相互作用.4.TSCs中干扰KCNQ1OT1后qRT-PCR检测显示miR-138的表达水平上调,Western blot检测显示PPARγ、RUNX2和Osterix的蛋白水平下降(P<0.05);且上述变化均可被miR-138 inhibitor逆转。说明LncRNA KCNQ1OT1与miR-138的表达水平呈负相关。5.生物力学测试结果显示注射了过表达LncRNA KCNQ1OT1(Injured+pcDNA-KCNQ1OT1-TSCs)的小鼠肌腱组织的最大负荷和刚度下降(P<0.05).qRT-PCR检测显示Injured+pcDNA-KCNQ1OT1-TSCs组小鼠肌腱组织中miR-138的表达水平显著下调(P<0.05)。Western blot检测显示Injured+pcDNA-KCNQ1OT1-TSCs组小鼠肌腱组织中RUNX2和PPARγ的蛋白水平上调。揭示了 LncRNA KCNQ1OT1影响TSCs的成脂分化和成骨分化,是抑制肌腱的愈合的不利因素。结论:1、在损伤肌腱组织中LncRNA KCNQ1OT1呈高表达,但注射TSCs后可显著降低LncRNA KCNQ1OT1的表达、提高损伤肌腱组织的生物力学特性。2、LncRNA KCNQ1OT1参与调控TSCs的成脂和成骨分化过程,干扰了LncRNA KCNQ1OT1的表达可减弱TSCs成骨和成脂分化能力。3、体外证实LncRNA KCNQ1OT1可以与miR-138之间相互结合,且LncRNA KCNQ1OT1 对 miR-138 有负调控作用。4、LncRNA KCNQ1OT1可通过miR-138促进TSCs的成脂分化和成骨分化从而抑制肌腱愈合。
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