长链非编码RNA lncRNA357调控LIF/LIFR表达促进前列腺癌转移和进展的作用及机制研究

来源 :第二军医大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jamesfair
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前列腺癌是危害男性健康的常见恶性肿瘤之一。在欧美国家男性肿瘤患者中,因罹患前列腺癌而死亡的人数位居第二位。近年来,我国的前列腺癌发病率一直呈持续增长趋势,尤其是在部分发达地区人群中。上海市疾控中心数据显示,该地区的前列腺癌发病率已连续多年位列男性泌尿生殖系统恶性肿瘤的首位。与欧美国家不同的是,我国前列腺癌患者在发现时多为晚期,肿瘤发生了局部或远处转移。目前对于前列腺癌发生转移的分子机制尚不完全清楚,缺乏针对高危前列腺癌分型的分子标志物以及治疗转移性前列腺癌的靶向药物。占生物体RNA总量98%的长链非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)具有复杂的生物学功能,参与诸如基因组印记,X染色体沉默,染色质修饰,以及核内运输等多种重要功能的调控。大量研究表明,lncRNA在肿瘤发生进展中发挥了重要作用。目前在前列腺癌中报道过的lncRNAs有PCA3、PCGEM1、PRNCR、MALAT1和PlncRNA-1等。它们通过调节雄激素受体的转录活性或转录后修饰,影响染色质重构,诱导PTEN缺失等机制参与前列腺癌的发生发展。前期我们通过RNA-Seq对65对前列腺癌及其癌旁组织进行转录组测序后,发现中国人群前列腺癌样本中差异性表达的439个lncRNAs。根据在至少46对癌及配对癌旁组织中存在变化趋势一致的显著差异性表达(差异倍数≥2,FDR≤0.001)这一标准,我们筛选出了lncRNA NR046357.1(lncRNA357)。在此基础上,通过q RT-PCR实验检测前列腺癌患者的临床肿瘤组织样本中lncRNA357的表达水平,发现其RNA水平在转移性前列腺癌样本中要显著高于非转移性样本。通过RACE实验成功获得该lncRNA的全长序列为1867bp后,运用核质分离和原位杂交实验检测了其在细胞内定位为胞质和胞核均富集(主要位于胞核)。生物学表型研究中,运用si RNA及质粒转染技术实现lncRNA357在体外前列腺癌细胞系中的敲减和过表达,发现其具有促进前列腺癌细胞增殖存活及迁移侵袭的作用。并通过q RT-PCR和细胞免疫荧光实验在RNA和蛋白水平证明lncRNA357能够促进前列腺癌细胞发生EMT转变。随后运用所构建的稳定过表达及干扰lncRNA357的前列腺癌细胞株在细胞及动物水平验证了上述促进前列腺癌增殖转移的功能。分子机制研究中,针对lncRNA357在胞质中的作用,采用开放数据库对靶向该lncRNA的mi RNA进行预测,运用q RT-PCR对两者的表达相关性进行了初步验证后筛选出mi R-637,随后通过RIP和双荧光素酶报告基因检测实验验证发现lncRNA357作为竞争内源性RNA结合并抑制mi R-637的活性,进而增强LIF的作用以促进前列腺癌细胞的EMT转变和迁移侵袭能力。针对lncRNA357在胞核中的作用,通过对lncRNA357敲减和过表达前列腺癌细胞进行表达谱芯片检测,并进行基因差异、功能聚类、信号通路等生物信息学分析以发现lncRNA357可能调控的靶基因及参与的信号通路,后经q RT-PCR和Western blot实验验证lncRNA357通过参与调控LIFR/Jak1/STAT3信号通路进一步促进前列腺癌的远处转移。最后通过RNA pull-down和RIP实验捕获并证实lncRNA357能够结合组蛋白H1.2,随后的Ch IP实验发现lncRNA357在结合组蛋白H1.2后能够促进其从LIFR转录起始位点上游序列上解离,进而促进LIFR的转录。综上所述,lncRNA357在前列腺癌细胞胞质和胞核内通过不同作用机制来协同激活LIF/LIFR/Jak1/STAT3信号通路,促进前列腺癌的恶性进展及远处转移。第一部分长链非编码RNA lncRNA357的筛选和鉴定方法:(1)通过对前期RNA-Seq测序结果进行生物信息学分析获得差异表达lncRNA。(2)通过q RT-PCR检测目标lncRNA在不同类型的前列腺癌组织样本及各前列腺癌细胞系中的表达水平。(3)采用RACE技术获得目标lncRNA的全长序列。(4)通过核质分离和原位杂交实验检测目标lncRNA的细胞定位。结果:(1)根据在至少46对癌及配对癌旁组织中存在变化趋势一致的显著差异性表达(差异倍数≥2,FDR≤0.001)这一标准,并辅助运用开放数据库分析,筛选出lncRNA NR046357.1(lncRNA357)作为研究目标基因。(2)q RT-PCR检测发现lncRNA357表达水平在转移性前列腺癌样本中要显著高于非转移性样本;lncRNA357在各类前列腺癌细胞系中呈现不同的表达水平,在C4-2,PC-3,DU145细胞系中的表达水平要高于LNCa P,22Rv1细胞系。(3)通过RACE实验成功获得lncRNA357的5’和3’端完整序列,全长序列为1867bp。(4)核质分离和原位杂交实验检测了其在细胞中的定位为胞质和胞核均有富集(主要位于胞核)。结论:通过大样本临床组织转录组测序明确了一条与前列腺癌恶性进展及远处转移密切相关的全新lncRNA,其全长为1867bp,在胞质和胞核均有富集(主要位于胞核)。第二部分lncRNA357增强前列腺癌细胞的增殖活性及迁移侵袭方法:(1)MTS细胞增殖活性试剂盒检测lncRNA357敲减或过表达对于前列腺癌细胞增殖能力的影响。(2)克隆形成实验检测lncRNA357敲减或过表达对于前列腺癌细胞存活能力的影响。(3)凋亡试剂盒检测lncRNA357敲减或过表达对于前列腺癌细胞抗凋亡能力的影响。(4)Transwell小室实验检测lncRNA357敲减或过表达对于前列腺癌细胞迁移及侵袭能力的影响。(5)q RT-PCR和细胞免疫荧光技术检测lncRNA357过表达对EMT相关标志物的影响。(6)在PC-3细胞系中通过转染针对lncRNA357的过表达慢病毒(LV-lncRNA357)或体内用干扰si RNA(in vivo silnc357),以进行体内荷瘤和尾静脉注射转移模型实验研究lncRNA357敲减或过表达对前列腺癌肿瘤生长及远处转移能力的影响。结果:(1)MTS细胞增殖活性检测发现lncRNA357能够促进前列腺癌细胞的增殖。(2)克隆形成实验发现lncRNA357能够促进前列腺癌细胞的存活。(3)凋亡检测发现lncRNA357对于前列腺癌细胞抗凋亡能力无显著影响。(4)Transwell小室实验证实lncRNA357能够促进前列腺癌细胞的迁移及侵袭。(5)q RT-PCR和细胞免疫荧光实验发现过表达lncRNA357之后,EMT相关标志物中的E-Cadherin和ZO-1表达下调,N-Cadherin,Slug和Vimentin表达上调。(6)小鼠皮下荷瘤与尾静脉注射转移模型分别发现lncRNA357能够在体内促进前列腺癌的肿瘤生长和远处转移。结论:在体外细胞系模型及体内动物模型试验中,发现lncRNA357能促进前列腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力,促进前列腺癌的EMT转变和远处转移,表明lncRNA357是前列腺癌的促癌基因。第三部分lncRNA357通过调控LIF/LIFR表达协同促进前列腺癌进展及转移方法:(1)运用开放数据库结合生物信息学分析筛选出靶向lncRNA357的mi RNA;并通过q RT-PCR进一步验证候选mi RNA:干扰lncRNA357后检测mi R-637及其靶基因水平的变化,转染mi R-637 mimics后检测lncRNA357水平的变化。(2)RIP实验研究lncRNA357与mi R-637是否直接结合,以及是否结合Ago2蛋白而参与RISC复合物。(3)运用开放数据库预测lncRNA357与mi R-637的结合作用位点,依据序列构建野生型和结合位点突变型的双荧光素酶报告基因,验证mi R-637对lncRNA357的影响是否依赖于mi RNA结合位点的存在。(4)Western blot实验研究lncRNA357是否作为ce RNA,通过抑制mi R-637的活性,进而增强mi R-637靶基因的功能。(5)通过转染si RNA或过表达质粒实现前列腺癌细胞系中lncRNA357的敲减或过表达,抽提RNA后进行表达谱芯片检测。(6)通过差异基因分析,基因功能聚类分析,信号通路分析等生物信息学分析方法发现lncRNA357可能调控的靶基因及参与的信号通路。(7)q RT-PCR和Western blot实验验证lncRNA357敲减及过表达之后上述预测靶基因或信号通路关键分子的表达变化。(8)RNA pull-down和RIP实验捕获并验证与lncRNA357特异结合的功能蛋白。(9)Ch IP实验探索lncRNA357经由组蛋白H1.2调控LIFR转录活性的方式。结果:(1)开放数据库预测筛选出6条靶向lncRNA357的mi RNAs;随后si RNA敲减lncRNA357的表达水平后,进一步筛选获得mi R-637表达水平上调,其靶基因LIF水平显著上调。(2)RIP实验结果显示lncRNA357与mi R-637直接结合到Ago2蛋白,参与RISC复合物。(3)荧光素酶报告基因检测结果证实mi R-637能够影响lncRNA357野生型片段的活性,但不影响mi RNA结合位点突变的lncRNA357片段的活性。(4)Western blot实验结果表明在前列腺癌细胞中lncRNA357作为ce RNA,通过竞争结合mi R-637,进而增强LIF的功能。(5)在PC-3细胞中转染si RNA(或过表达质粒)均获得满意的lncRNA357敲减(或过表达)效率,符合芯片检测要求。(6)差异基因分析,基因功能聚类分析,信号通路分析等生物信息学分析方法发现lncRNA357增强了前列腺癌中Cytokine-cytokine receptor interaction和Jak-STAT signaling pathway的作用。(7)q RT-PCR和Western blot实验验证在前列腺癌细胞中lncRNA357通过参与LIFR/Jak1/STAT3信号通路促进前列腺癌的转移。(8)RNA pull-down和RIP实验捕获并证实了lncRNA357能够结合组蛋白H1.2。(9)Ch IP实验发现lncRNA357在结合组蛋白H1.2后能够促进其从LIFR转录起始位点上游序列上解离,进而促进LIFR的转录。结论:在前列腺癌中,lncRNA357在胞质作为ce RNA,竞争结合mi R-637并抑制其活性,进而上调LIF的表达水平;与此同时,lncRNA357在胞核通过结合并促使组蛋白H1.2从LIFR转录起始位点上游序列的解离而促进LIFR的转录;两者协同激活LIF/LIFR/Jak1/STAT3信号通路,促进前列腺癌的恶性进展及远处转移。
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