circOAS3通过热休克蛋白Hsc70调控角质形成细胞增殖及银屑病样皮肤炎症反应

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背景:银屑病是一种常见的慢性炎症性系统性疾病,鳞屑性红色斑块是其主要临床特征,可出现关节损害,合并关节炎、心血管疾病、代谢综合征、精神疾病等疾病。遗传、免疫和环境因素的共同作用导致了全身系统性的炎症反应。免疫细胞和角质形成细胞之间的相互作用导致角质形成细胞的过度增殖和异常分化以及炎症细胞因子的过度分泌。环状RNA(circRNAs)是非编码RNA家族的一个新成员,是mRNA反向剪切形成的转录产物,与线性RNA相比,具有高稳定性、高特异性、高保守型和高丰度性的特点。研究表明circRNAs能够在转录或转录后水平调节基因的表达,影响多种疾病的发生,而在银屑病中关于circRNAs的研究才刚刚起步。通过建立的circRNAs基因芯片,circOAS3在银屑病患者皮损组织中显著上调。为进一步探讨circRNAs在银屑病发病机制中的作用,我们选择circOAS3作为研究对象,探讨其在银屑病和角质形成细胞中对增殖和炎症的调控作用,丰富银屑病发病机制的研究,为银屑病的诊断和治疗提供新的思路。第一部分:circOAS3体外调控角质形成细胞增殖和银屑病样炎症反应目的:明确银屑病患者皮损组织和健康对照者表皮组织中circOAS3表达水平的差异,检测M5刺激人角质形成细胞后circOAS3表达水平的变化。探究circOAS3在体外对人角质形成细胞增殖和银屑病样炎症反应的调控作用。方法:(1)收集7例寻常型银屑病患者皮损组织和10例健康对照者皮肤组织,提取表皮组织总RNA,利用qRT-PCR检测circOAS3的表达。(2)以人永生化角质形成细胞(HaCaT和Ker-CT细胞株)为研究对象,实验组给予M5(终浓度 10ng/ml 的 IL-lα、IL-17、IL-22、TNF-α、Oncostatin M)刺激 24h 模拟银屑病样细胞模型对照组给予等量PBS溶液,提取细胞内总RNA,利用qRT-PCR检测M5刺激后角质形成细胞circOAS3表达水平的变化。(3)利用RNA下拉实验(RNA-pulldown)富集circOAS3的RNA结合蛋白,通过生物学信息技术分析所有circOAS3的RNA结合蛋白能够参与的生物学功能和信号通路。(4)转染circOAS3的小干扰片段及其对照,采用CCK8和EdU细胞增殖实验、DNA染色细胞周期实验和Annexin-V/PI染色细胞凋亡实验验证敲降circOAS3对人角质形成细胞增殖、周期和凋亡的影响。(5)转染circOAS3的小干扰片段及其对照后,收集细胞,提取细胞总蛋白,通过Western blotting实验检测信号通路和炎症因子相关蛋白表达水平的改变;收集细胞上清,通过ELISA实验检测相关蛋白水平的改变。结果:(1)与健康皮肤组织相比,circOAS3在银屑病患者皮损组织的表达显著上调;与对照组相比,circOAS3在M5诱导的银屑病样角质形成细胞中表达上调,并且能够通过与蛋白质直接结合的方式参与细胞的增殖和炎症反应。(2)与对照组相比,在银屑病样角质形成细胞中敲降circOAS3后,细胞增殖活力降低;细胞周期停滞在G1期;处于早期和晚期凋亡的细胞比例增加。(3)与对照组相比,在银屑病样角质形成细胞中敲降circOAS3后,炎症因子IL-6蛋白表达水平降低,信号通路相关蛋白JNK/STAT3/NF-kB的磷酸化水平降低,细胞周期相关蛋白cyclinD1的表达降低。结论(1)circOAS3在银屑病皮损组织和M5刺激的人角质形成细胞中表达均显著上调,并且能够通过结合蛋白质参与调节细胞增殖、周期、凋亡和炎症反应。(2)在银屑病样角质形成细胞中敲降circOAS3能够抑制细胞增殖,促进细胞凋亡,减少炎症因子IL-6的表达。第二部分:circOAS3通过Hsc70调节细胞增殖和银屑病样炎症的机制研究目的:探究circOAS3通过结合Hsc70蛋白调节角质形成细胞表型的作用机制,证实circOAS3与Hsc70蛋白的直接结合在银屑病发病中潜在的调控作用。方法:(1)提取角质形成细胞总蛋白,利用RNA下拉(RNA-Pulldown)实验获取可以与circOAS3直接结合的蛋白悬液,通过银染和蛋白质二级质谱鉴定获取的RNA结合蛋白,RNA免疫共沉淀(RIP)实验验证Hsc70与circOAS3的直接结合。(2)免疫荧光染色验证circOAS3与Hsc70蛋白在表皮组织和角质形成细胞中的共定位。qRT-PCR和Western blotting检测circOAS3表达量改变对Hsc70表达量和核质分布的调控。(3)在M5诱导的角质形成细胞中,分别转染si-Hsc70、pcDNA-Hsc70及其对照进行敲降或过表达Hsc70蛋白。通过CCK8和EdU细胞增殖实验、DNA染色细胞周期实验和Annexin-V/PI染色细胞凋亡实验检测Hsc70蛋白对人角质形成细胞增殖、周期和凋亡的影响。(4)通过Western blotting和ELISA实验检测Hsc70对JNK/STAT3/NF-kB相关信号通路蛋白、细胞周期蛋白cyclin D1和炎症因子IL-6表达水平的调控。结果:(1)RNA-Pulldown蛋白质二级质谱结果和RIP实验证实Hsc70蛋白与circOAS3直接结合。(2)与对照组相比,Hsc70在银屑病患者皮损组织中表达增加。在人角质形成细胞中circOAS3和Hsc70共表达,主要存在于细胞质。敲降circOAS3能够负向调控Hsc70蛋白的水平并影响Hsc70的核质分布。(3)在银屑病样角质形成细胞中敲降Hsc70蛋白后,与对照组相比,细胞增殖活性降低;细胞周期停滞在G1期,早期和晚期凋亡细胞比例增加;过表达Hsc70蛋白后,与对照组相比,细胞增殖活性升高,细胞周期G1/S转化率增加,早期和晚期凋亡细胞比例减少。(4)在银屑病样角质形成细胞中敲降Hsc70蛋白后,细胞周期相关蛋白Cyclin D1表达降低,炎症因子IL-6表达降低。JNK/STAT3/NF-kB信号通路蛋白磷酸化水平降低;过表达Hsc70蛋白后,细胞周期相关蛋白Cyclin D1表达升高,炎症因子IL-6表达量增加。JNK/STAT3/NF-kB信号通路蛋白磷酸化水平增加。过表达Hsc70蛋白能够逆转敲降circOAS3对细胞增殖、周期、凋亡和IL-6水平的影响。结论:(1)Hsc70是circOAS3的RNA结合蛋白。在银屑病样角质形成细胞中敲降Hsc70蛋白能够抑制细胞增殖,促进细胞凋亡,减少IL-6的表达;过表达Hsc70蛋白促进细胞增殖,抑制细胞凋亡,增加IL-6的表达。(2)circOAS3通过结合Hsc70蛋白并影响其核质分布参与JNK/STAT3/NF-kB信号通路,调节银屑病样角质形成细胞的增殖和炎症反应。第三部分:Hsc70调控银屑病样小鼠表皮增生和皮肤炎症反应目的:探究Hsc70在咪喹莫特(Imiquimod,IMQ)诱导的银屑病样小鼠模型中,对角质形成细胞增殖和皮肤炎症反应的影响。方法:(1)选择9周龄雌性C57小鼠作为实验小鼠。分为四组,背部备皮,干预条件分别为涂抹凡士林、涂抹IMQ、涂抹IMQ+皮内注射PBS、涂抹IMQ+皮内注射si-Hsc70。7天后观察背部皮损情况,记录临床改良PASI评分。(2)收集小鼠背部皮损组织,制作组织病理切片,HE染色观察表皮增殖情况,Western blotting实验检测Hsc70和相关炎症因子蛋白的表达水平。结果:(1)与涂抹凡士林的小鼠相比,涂抹IMQ的小鼠背部皮肤出现红斑,浸润和鳞屑。组织病理切片HE染色显示角化不全,颗粒层变薄或消失,棘层增生,毛细血管扩张,血管周围淋巴细胞浸润等典型银屑病样改变。证明银屑病样小鼠模型构建成功。(2)局部皮内注射si-Hsc70后,银屑病样小鼠表皮增生程度减轻。Western blotting结果显示表皮组织内Hsc70和IL-6的表达降低,CD3和IL-17A的含量减少,NF-kB相关信号通路蛋白磷酸化水平降低。结论:动物实验结果表明,Hsc70在小鼠皮损组织中通过NF-kB信号通路参与调控银屑病样表皮增生及皮肤炎症反应;Hsc70可能在银屑病的发病过程中发挥了潜在的调控作用。
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