干扰REEP2介导的ceRNA信号通路对胶质瘤增殖、凋亡和糖酵解代谢调控的机制研究

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目的:表皮生长因子受体(Epidermal growth factor receptor,EGFR)作为实体肿瘤的分子靶标由来已久,然而其在胶质瘤的临床疗效不佳,且EGFR过表达型胶质瘤发生发展的分子机制并不十分清楚。首先,探讨受体表达增强蛋白(Receptor expression-enhancing protein 2,REEP2)在临床胶质瘤患者,尤其是过表达EGFR分子的胶质瘤组织的表达及临床相关性;其次,利用转录组测序探索下调REEP2的差异基因和生物学过程,构建分子互作网络;最后,从竞争性内源RNA(Competing endogenous RNAs,ce RNA)的角度探讨环状RNA(circular RNA,circ RNA)circPOSTN吸附miR-361-5p对联动差异下调明显的基因--微管聚合因子(Targeting protein for Xklp2,TPX2),调控胶质瘤增殖、凋亡和代谢相关表型的分子机制,期待为胶质瘤的发生发展和病理诊断提供更多可能的分子标志物。方法:(1)利用人类蛋白图谱(the Human Protein Atlas,HPA)在线数据库富集与胶质瘤预后不良相关的基因,筛选与正常脑组织差异较大的关键基因REEP2;(2)通过免疫组织化学法检测63例胶质瘤组织和3例正常脑组织中REEP2和EGFR蛋白在不同级别胶质瘤组织中的差异表达,并对REEP2在胶质瘤患者的差异表达做临床相关性分析;并利用双重荧光免疫染色法检测上述胶质瘤组织中REEP2和EGFR蛋白的组织定位和共表达效应;(3)通过Western Blot实验检测胶质瘤细胞U251、LN229、U87、U178、SHG-44和正常人星形细胞NHA中REEP2表达水平差异,从而筛选出后续实验所需细胞株;(4)利用sh-NC和sh-REEP2质粒转染胶质瘤细胞U251和LN229 48 h,利用转录组测序研究干扰REEP2的胶质瘤细胞差异表达基因,以差异倍数为2倍、p<0.05为条件获取两株细胞的共同差异基因,进行GO富集、KEGG信号通路和PPI蛋白互作分析,通过RT-q PCR验证获得差异表达下调明显的TPX2为后续研究对象;(5)合成si-NC和si-TPX2小干扰RNA,通过MTT实验检测干扰TPX2对胶质瘤细胞增殖的影响,并通过WB实验检测干扰TPX2后胶质瘤细胞凋亡相关蛋白Bcl-2、Bax表达水平,及caspase-3活性的改变;(6)通过生物信息学Star base 3.0在线工具,结合荧光素酶报告基因实验,分析与TPX2预测具有结合位点的miR-361-5p和环状RNA circPOSTN,通过RTq PCR实验检测三者在25例胶质瘤组织、3例正常脑组织、LN229、U251和NHA细胞中m RNA的表达,分析前两者与TPX2的表达相关性;(7)通过WB实验和葡萄糖代谢试剂盒检测si-NC、si-circPOSTN、si-NC+anti miR-NC、si-circPOSTN+anti miR-361-5p各组中糖酵解代谢关键基因HK2和LDHA蛋白表达变化,以及细胞培养上清葡萄糖、乳酸水平,细胞ATP、乳酸脱氢酶A和活性氧ROS生成的改变;(8)sh-NC和sh-circPOSTN慢病毒载体感染LN229胶质瘤细胞48 h,构建裸鼠皮下成瘤模型,探讨circPOSTN对吸附miR-361-5p干扰TPX2转录在体内裸鼠成瘤模型中胶质瘤恶性增殖的影响。结果:(1)通过HPA报道来源TCGA的153名胶质瘤患者预后相关基因201个,从中筛选获得6个在脑组织中特异性表达的对胶质瘤预后不良的基因,包括REEP2、CEND1、NACAD、STAC2、PTPRN、SCHIP1,其中REEP2 m RNA的差异表达较高,其高表达会缩短胶质瘤患者生存期;(2)免疫组织化学染色发现EGFR和REEP2蛋白表达随胶质瘤WHO病理级别上升显著增高,REEP2蛋白主要在胶质瘤细胞质表达,临床相关性分析发现REEP2的表达水平与胶质瘤患者的年龄、病理级别密切相关;双重免疫荧光染色发现REEP2蛋白与EGFR蛋白在胶质瘤组织的共表达荧光强度随胶质瘤病理级别逐渐增强,提示REEP2和EGFR的共表达可能对胶质瘤病理分级有指示作用。(3)Western blot结果显示胶质瘤细胞U251、LN229的REEP2蛋白较对照NHA细胞高,其差异具有显著统计学意义(p<0.05),因此选择这两株细胞作为干扰REEP2的转录组测序;(4)转录组测序富集到112个共同差异表达基因,其中55个基因上调,57个基因下调,生物信息学分析显示:差异基因共参与551个生物学过程(Biological Process)、106个细胞组分(Cell Component)、73种分子功能(Molecular Function)以及可能参与的3条KEGG信号通路(KEGG Pathway),具有统计学意义(p<0.05)。差异基因以EGFR和微管聚合因子TPX2为分子互作网络的核心节点,主要参与细胞间连接,谷胱甘肽信号转导,细胞表面受体,激酶类细胞信号通路,脂类及氨基酸代谢等多个方面与胶质瘤相关的生物学过程和信号通路。RT-q PCR验证显示TPX2 m RNA的差异下调明显,为后续主要研究对象。(5)通过Western blot检测到TPX2蛋白在胶质瘤中的表达水平明显高于正常脑组织,与正常星形细胞NHA相比,LN229和U251胶质瘤细胞株中TPX2蛋白表达水平较高(p<0.05);通过si-TPX2干扰胶质瘤细胞TPX2蛋白表达,MTT细胞生长曲线发现下调TPX2能够抑制胶质瘤细胞增殖,Western blot检测发现下调TPX2能够促进胶质瘤细胞凋亡蛋白Bcl-2表达下降、Bax表达上升,caspase-3活性增强;(6)Star base生物信息学结合荧光素酶报告基因检测分析,发现野生型TPX2表达水平在过表达miR-361-5p处理组中表现为下调,当过表达circPOSTN时,TPX2蛋白表达水平回复上调;RT-q PCR检测胶质瘤细胞和组织种三者的表达水平,发现TPX2与miR-361-5p表达呈负相关,TPX2与circPOSTN表达呈正相关,miR-361-5p与circPOSTN呈负相关,且差异具有统计学意义(p<0.05)。(7)随着circPOSTN表达下调,与si-NC组比较,两株胶质瘤细胞的葡萄糖利用率和ATP消耗能力下降,胞内乳酸积聚,且细胞中乳酸脱氢酶活性降低,活性氧ROS降低;当拮抗miR-361-5p表达后,发现糖酵解代谢产物的水平相应回复,差异具有统计学意义(p<0.05)。通过Western blot检测干扰circPOSTN通过降低TPX2表达,导致细胞的HK2和LDHA蛋白表达水平下降,胶质瘤细胞的糖酵解代谢受到明显抑制。(8)通过sh-circPOSTN干扰LN229细胞株构建裸鼠皮下成瘤模型,结果发现与sh-NC组相比,sh-circPOSTN组肿瘤生长速度较慢,肿瘤体积和重量较小;此外,通过RT-q PCR和Western blot检测发现,与sh-NC组相比,肿瘤组织circPOSTN表达下调引起miR-361-5p表达增加,肿瘤组织TPX2蛋白表达下降,差异具有统计学意义(p<0.05)。结论:REEP2蛋白与EGFR存在一定程度共定位表达效应,其高表达与胶质瘤的病理分级呈正相关;转录组研究表明当胶质瘤细胞REEP2转录水平下降,以EGFR、TPX2等为核心分子互作的差异基因相应下调,并且circPOSTN可以吸附miR-361-5p调控TPX2在胶质瘤的表达,通过circPOSTN/miR-361-5p/TPX2信号轴,调控胶质瘤细胞的凋亡相关蛋白表达,并通过抑制糖酵解代谢关键酶和代谢物的表达改变,从而抑制胶质瘤细胞在体内、外的恶性增殖,一定程度上干预了胶质瘤的发生发展。
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