miR-101靶向USP22参与调控甲状腺癌恶性表型相关机制研究

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甲状腺癌是最常见和高度流行的内分泌恶性肿瘤,在过去几十年中发病率迅速增加[1-3]。甲状腺乳头状癌(PTC)是最常见的甲状腺肿瘤类型。虽然大多数PTC患者在手术切除后施以放射性碘和左甲状腺素组合治疗获得良好的预后,但常常发生转移和复发[4]。许多患者主要由于缺乏特异性诊断生物标志物和治疗策略而死亡[5]。因此,成功预防和治疗PTC需要彻底了解其发生的生物学过程,为PTC提供新的诊断和预后生物学标志物。  微小分子RNA(miRNA)是一类丰富的非编码RNA,通过与靶mRNA的3非翻译区(3-UTR)相互作用,在转录后或翻译水平调节基因表达[6]。最新的研究表明miRNA在很多肿瘤的恶性进展中起关键作用[7]。MiR-101通过调节细胞生长,凋亡和转移在胃癌[8],肝细胞癌[9],乳腺癌[10]和PTC [11-13]中发挥肿瘤抑制作用。然而,miR-101在PTC中的的生物学功能仍不很清楚。  泛素特异性蛋白酶22(USP22)是一种新的人类去泛素化酶基因,是一组能够预测多种人类癌症(包括PTC)的转移潜能和治疗结果的标记基因之一[14-19]。之前的研究表明,USP22异常表达与浸润性乳腺癌,结肠直肠癌和PTC患者的不良预后相关[14-16]。 USP22调节许多细胞进程,包括生长,分化,细胞周期进程,转录激活和信号转导。下调USP22可抑制膀胱癌细胞的增殖并诱导细胞周期阻滞[17]。 降低USP22水平可促进人脑胶质瘤细胞凋亡[18]。靶向USP22抑制甲状腺未分化癌(ATC)的生长和转移[19]。然而,USP22在PTC中的临床病理学意义和生物学作用仍未被阐明。  越来越多的证据表明miR-101参与了包括甲状腺乳头状癌在内的多种类型的肿瘤恶化。然而,miR-101在甲状腺乳头状癌中的生物学功能和潜在的调控分子机制仍未阐明。在本课题中,我们发现甲状腺乳头状癌肿瘤组织中miR-101的低表达与淋巴结转移,不良预后相关。miR-101能够抑制甲状腺乳头状癌的细胞增殖,促进细胞凋亡和降低细胞侵袭。接下来我们发现USP22是miR-101的靶基因。过表达USP22减弱了miR-101对体外甲状腺乳头状癌恶性特征的抑制作用。在体内,miR-101的过表达或者USP22的下调降低了甲状腺乳头状癌的发生。综上所述,我们的研究为miR-101抑制甲状腺乳头状癌的机制提供了新思路,提示miR-101可作为甲状腺乳头状癌的一个潜在的治疗靶标。  目的:  在组织水平明确 USP22 表达与 PTC 预后的相关性;在细胞学实验中,明确miR101 通过对 USP22 的干预,从而影响 PTC 的恶性行为的分子机制;动物模型中进一步论证 miR101、USP22 对PTC增殖的影响,从而为临床治疗PTC提供新的靶点。  方法:  1.通过对临床 120 例 PTC 患者癌组织研究分析,运用 qPCR 检测 miR101 与USP22的mRNA表达,western-blot检测USP22在PTC中表达情况,pearson相关性分析两者之间的相关性;同时通过观察120例病人淋巴结转移情况,分析miR101水平与患者转移发生率及5年生存率的关系。  2.在细胞实验中,检测正常甲状腺细胞系与甲状腺癌 K1 细胞系的 miR101、USP22 水平;进一步通过 MTT、克隆形成及 EDU 实验检测细胞增殖能力,上调miR101后,利用western-blot检测凋亡相关蛋白caspase3的活性,分析miR101、USP22对甲状腺癌细胞系的恶性生物学行为变化。基因测序、双萤光素酶报告基因实验确认miR101与USP22的调控关系,检测上调/下调miR101后,USP22的mRNA及蛋白表达水平变化。  3.裸鼠荷瘤实验,对比过表达miR101与抑制表达USP22组,运用免疫荧光标记、大体解剖观察比较瘤体体积以及肺部结节形成数量的差异,运用TUNEL染色、western-blot方法检测上述相应指标变化。  结果:  1.对临床120例PTC患者癌组织,qPCR检测miR101与USP22的mRNA表达,结果表明癌组织中miR101表达显著降低,而 USP22表达显著上调,pearson相关性分析表明两者存在相关性,Western-Blot检测发现USP22在PTC中表达上调;进一步分析120例病人淋巴结转移情况,可见低表达miR101组患者转移发生率明显增高,生存分析显示,低表达miR101患者5年生存率明显下降;在不同甲状腺细胞系中,K1细胞系的miR101明显下调,且USP22的表达则相反。  2.细胞实验中,运用 MTT、克隆形成实验及 Edu 检测细胞增殖能力,过表达miR101 后,细胞增殖受到明显抑制,过表达 miR101 可上调重要的凋亡相关蛋白caspase3的活性,过表达miR101可使K1细胞系的迁移及侵袭能力降低。  3.基因测序分析表明USP22的3’-UTR区存在mir101的结合区域,双萤光素酶报告基因实验表明USP22为miR101靶基因。qPCR及western-blot实验结果表明过表达mir101后,USP22的mRNA及蛋白水平明显下调。  4.补救实验表明 过表达USP22后细胞增殖恢复,克隆形成数量上升,DNA复制能力也得到恢复;凋亡蛋白 caspase3 活性在过表达 USP22 后下降,相应核小体片段因子值降低,细胞凋亡受到抑制;western-blot的结果也验证了上述结果。  5.过表达USP22后,细胞的迁移、侵袭能力再次提高,EMT过程重新活化。  6.裸鼠荷瘤实验结果表明过表达 mir101和抑制 USP22 组裸鼠的成瘤能力均较对照组下降,瘤体体积显著降低,肺部结节形成数量均明显降低。瘤组织 TUNEL染色表明上述两组的凋亡细胞比例明显增加;western-blot检测进一步验证了相应指标变化,结果与前述实验相一致。  结论:  我们的研究表明,USP22通过促进细胞周期和Akt激活,促进细胞的增殖;并通过促进抗凋亡相关蛋白和抑制凋亡相关蛋白来抑制细胞凋亡,同时促进EMT进程;而mir101则通过抑制USP22,从而发挥抑制甲状腺癌恶性表型的作用。
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