MicroRNA-1468-5p靶向RRM1影响胶质瘤细胞增殖和周期的机制研究

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背景与目的:胶质瘤起源自神经外胚层的神经胶质细胞,是人类颅内最为常见的原发性神经系统恶性肿瘤,其生物学特性、病理结构和临床症状都非常特殊。胶质瘤具有较高的发病率、复发率以及病死率。据国内统计,胶质瘤占中枢神经系统肿瘤的35.26%60.96%(平均约为44.69%)。胶质瘤中最常见的亚型是多形性胶质母细胞瘤(GBM),其年龄校正的发生率为0.59-3.69/100000人。有资料表明,即使手术切除99.999%的胶质瘤细胞,残余的0.001%肿瘤细胞也会快速增殖。而且由于大脑有丰富的血供,导致胶质瘤的增殖周期很短,约为37天。目前对胶质瘤的治疗仍以手术切除为主,然后进行辅助放疗和化疗,但即便如此,依然不能显著抑制胶质瘤的复发,不能使患者获得更好的预后及生活质量。我们迫切需要为这种疾病开发新的分子靶点和治疗策略。随着分子遗传学、生物工程学的发展,胶质瘤的治疗也产生了许多新方法、新观点。微小RNA(microRNA、mi RNA)是一种小的非编码RNA,已知其在包括神经胶质瘤在内的各种癌症的发生、发展中均发挥了重要作用,并且已被认为是近年来抗肿瘤治疗的新靶点。超过50%的miRNAs通过直接靶向癌基因或抑癌基因参与了人类肿瘤发生和血管生成。miRNAs可以调控细胞分裂、分化、发育、凋亡和细胞周期等。根据先前的研究,一种miRNA可能在转录后水平调节数百种基因,并且一种基因可以被多种miRNAs靶向,导致其形成复杂的调节网络。因此,我们推断一旦miRNA的表达发生变化,组织中可能会出现异常变化,甚至导致肿瘤发生。近年来,大家对miRNA进行了大量研究。在本研究中,我们发现并关注一种研究较少的miRNA,即mi R-1468-5p,及其靶基因核糖核苷酸还原酶大亚基M1(RRM1)。核糖核苷酸还原酶(Ribonucleotide reductase,RNR)是一种二聚体酶。作为DNA复制和修复的主要限速酶,其在脱氧核苷酸生成中起着重要作用,也是DNA合成和修复中的关键。RNR全酶的活性形式是由两个大型RRM1亚基和两个小型亚基(RRM2和RRM2B)组成的四聚体。RRM1是RNR的调节亚基和结合位点,而RRM2由负责酶活性的有机自由基组成。这两种RNR亚型RRM1-RRM2和RRM1-RRM2B分别为DNA复制和修复提供dNTP,而dNTP是DNA的基本组成部分。RRM1也控制RNR的底物特异性和整体活性。然而,RRM1在不同肿瘤中的作用不同,其在胶质瘤中的作用也尚不清楚。本文旨在研究miR-1468-5p及其靶基因RRM1在胶质瘤中的功能和作用。这项研究为miR-1468-5p可以作为胶质瘤诊断和治疗的靶点提供了理论依据,为肿瘤进展过程中的分子调控机制的研究提供了一个全新的方向。研究方法:1、探索miR-1468-5p在胶质瘤组织和细胞系中的表达情况。首先,我们在CGGA(Chinese Glioma Genome Atlas)数据库中统计分析miR-1468-5p在低级别和高级别胶质瘤组织中的表达差异。然后,根据miR-1468-5p的表达在CGGA数据库胶质母细胞瘤中进行生存分析。并运用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测正常星型胶质细胞(NHA)及脑胶质瘤细胞系中miR-1468-5p的表达情况。最后,运用原位杂交技术(FISH)检测正常脑组织(NBT)和胶质母细胞瘤组织中miR-1468-5p的表达差异。2、miR-1468-5p慢病毒转染,并研究其对胶质瘤细胞增殖、周期的影响。首先,在U87及U251脑胶质瘤细胞中进行miR-1468-5p和miR-ctrl的慢病毒转染。并使用qRT-PCR技术验证慢病毒转染后miR-1468-5p的过表达效果。再运用CCK-8、平板克隆、EdU检测miR-1468-5p过表达对U87及U251细胞增殖的影响。然后,运用流式细胞仪检测miR-1468-5p过表达对U87及U251细胞周期的影响。3、预测并验证miR-1468-5p的靶基因。首先,我们通过target scan、mi Randa、MiRDB、miRWalk这四个软件共同预测RRM1为miR-1468-5p的可能靶基因,并预测出其靶点的位置,通过荧光素酶报告基因验证靶点的位置。并在过表达miR-1468-5p的胶质瘤细胞系中运用Western blot检测RRM1及下游AKT、p-AKT、ERK1/2、p-ERK1/2的表达量的变化。4、探索RRM1在胶质瘤组织中的表达情况及进行生存分析。首先,在CGGA、Rembrandt数据库中分别统计分析RRM1在正常脑组织、低级别胶质瘤和高级别胶质瘤组织中的表达差异。并在CGGA数据库胶质母细胞瘤中对RRM1进行生存分析。然后,免疫组化验证RRM1在正常脑组织和胶质母细胞瘤中表达的差异。5、探讨RRM1在胶质瘤中的功能。首先,在U87、U251细胞系中,通过小干扰RNA(siRNA)敲低RRM1,从而观察其增殖、周期的变化。然后,运用Western blot验证RRM1敲低的效果,检测下游AKT、p-AKT、ERK1/2、p-ERK1/2的表达量的变化。并运用CCK-8、平板克隆、EdU检测RRM1对U87及U251增殖的影响。最后,运用流式细胞仪检测RRM1对U87及U251细胞周期的影响。6、通过回复实验进一步确认RRM1是mi R-1468-5p的靶基因。首先,我们在U87和U251细胞系中转染miR-1468-5p慢病毒或miR-ctrl慢病毒,待其稳定表达后在其中转染RRM1质粒或空载质粒,并将其分为四组。然后运用Western blot检测四组中RRM1、AKT、p-AKT、ERK1/2、p-ERK1/2的表达。然后,运用CCK-8、平板克隆、EdU检测四组中细胞增殖情况的变化。再运用流式细胞仪检测四组中细胞周期的变化。7、动物实验验证miR-1468-5p对胶质瘤细胞增殖的影响。运用小动物可见光成像技术观察分析过表达miR-1468-5p慢病毒的U87荧光细胞在裸鼠颅内原位成瘤的情况。并对miR-1468-5p过表达组与对照组(NC组)的裸鼠死亡情况进行统计学分析。然后,我们取原位成瘤裸鼠的鼠脑,通过HE染色及免疫组化验证过表达miR-1468-5p对胶质瘤细胞增殖的影响。再通过免疫组化分析miR-1468-5p过表达组与NC组中细胞增殖相关蛋白Ki-67与血管生成相关蛋白CD31表达量的差异。研究结果:1、miR-1468-5p在胶质瘤中低表达。2、过表达miR-1468-5p抑制胶质瘤细胞的增殖,并使细胞周期阻滞在G1/S期。3、RRM1在胶质瘤中高表达,促进胶质瘤细胞的增殖和周期。4、敲低RRM1抑制胶质瘤细胞增殖并诱导G1/S细胞周期阻滞。5、RRM1是miR-1468-5p的靶点,miR-1468-5p通过影响RRM1的表达,影响其下游AKT、p-AKT、ERK1/2和p-ERK1/2等增殖相关蛋白,从而影响胶质瘤细胞的增殖和周期。6、上调RRM1减弱了miR-1468-5p对胶质瘤细胞的抑制作用。7、miR-1468-5p上调抑制动物体内胶质瘤的生长。结论:我们发现,miR-1468-5p在神经胶质瘤中显著下调,并且miR-1468-5p的表达降低与胶质瘤患者的低生存期相关。此外,我们首次证明了miR-1468-5p通过靶向RRM1有调节胶质瘤增殖和细胞周期进程的作用。这种新的发现为胶质瘤的治疗提供了新的方案,并且表明靶向miR-1468-5p/RRM1调节轴可能是治疗神经胶质瘤的新策略。
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