镍致大鼠Leydig细胞类固醇合成障碍中lncRNA-miRNA-mRNA调控网络的构建及相关机制研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaohuihuang8801
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目的:通过建立硫酸镍(NiSO4)体外处理的大鼠睾丸间质(Leydig)细胞类固醇合成障碍模型,筛选显著性差异表达的长链非编码RNAs(lncRNAs)、微小RNA(miRNAs)以及mRNAs并验证,构建竞争性内源性RNA(ceRNA)调控网络并检测PI3K/Akt信号通路相关基因和蛋白的表达,探讨其在镍致大鼠Leydig细胞类固醇合成障碍中的作用机制。方法:(1)摘取大鼠睾丸,采用0.25%IV型胶原酶消化、Percoll密度梯度(5%、30%、58%和70%)离心法和体外差速贴壁培养得到纯化的Leydig细胞。(2)使用不同浓度NiSO4(0、250、500和1000μmol/L)处理处于对数生长期的Leydig细胞24 h,于倒置相差显微镜下观察细胞形态的改变。(3)采用MTT法对Leydig细胞存活率进行测定。(4)酶联免疫吸附试验(ELISA)用于检测在1 IU/mL人绒毛膜促性腺激素(hCG)存在下不同浓度NiSO4(0、250、500和1000μmol/L)处理24 h的Leydig细胞培养液中睾酮含量。(5)蛋白免疫印迹法(Western Blot)用于检测细胞中类固醇合成快速调节蛋白(StAR)和细胞色素P450胆固醇侧链裂解酶(CYP11A1)蛋白表达水平。(6)大鼠Leydig细胞经0和1000μmol/L NiSO4处理24 h后,采用高通量测序技术检测差异表达的lncRNAs、miRNAs以及mRNAs,并对显著性差异mRNAs进行聚类分析。(7)基于基因本体学(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)数据库对差异表达mRNAs进行功能注释和通路分析。(8)筛选出与类固醇合成有关的mRNAs,使用miRanda和PITA数据库预测与mRNAs具有负靶关系的miRNAs,以及与miRNAs具有负靶关系的lncRNAs,构建ceRNA网络。(9)使用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)验证随机选择的18个差异RNAs的表达水平,以及ceRNA网络参与基因在不同浓度NiSO4(0、250、500和1000μmol/L)处理下的剂量依赖关系。(10)使用RT-qPCR法和Western Blot法分别检测各浓度NiSO4处理下大鼠Leydig细胞Pik3r1、Akt1 mRNA和PI3K/Akt相关蛋白的表达水平。结果:(1)Leydig细胞在含有不同浓度NiSO4的培养液中处理24 h后,倒置显微镜下可见,1000μmol/L NiSO4组细胞的胞浆中相比于对照组产生大量且明显的空泡。MTT结果显示:随着NiSO4浓度的增加,各处理组细胞存活率逐渐降低(P<0.05)。(2)ELISA检测结果表明:和对照组相比,各处理组Leydig细胞培养上清液里睾酮水平随NiSO4剂量的增加而减少(P<0.05)。Western Blot法检测发现:和对照组比较,随着NiSO4浓度的增加,各处理组类固醇生成酶StAR和CYP11A1的蛋白表达水平逐渐降低(P<0.05)。(3)测序结果显示:共有372个lncRNAs(FC>2,P<0.05),27个miRNAs(FC>2,P<0.05)以及3666个mRNA(FC>2,P<0.01,FDR<0.01)的表达在NiSO4的影响下被显著改变。GO和KEGG富集分析结果显示:与类固醇相关的功能和信号通路被显著富集(如MAPKs、PI3K/Akt信号通路等)。靶基因预测结果显示:与类固醇有关的15个mRNAs由16个miRNAs负靶向调控,这些miRNAs与75个lncRNAs具有负靶向作用关系,可构建ceRNA网络。(4)RT-qPCR结果显示:在18个被检测的RNAs中,有15个RNAs的表达与测序结果相符。验证了4条ceRNA网络,即LOC102549726/miR-760-3p/Atf6、LOC102549726/miR-760-3p/Ets1、LOC102549726/miR-760-3p/Sik和AABR07037489.1/miR-708-5p/Mapk14。验证剂量依赖关系的RT-qPCR检测结果显示:除Mapk14外,4条ceRNA网络参与基因的表达水平均随NiSO4浓度的增加呈现剂量依赖趋势,且与测序和RT-qPCR验证的表达趋势一致。(5)RT-qPCR结果显示:与对照组比较,随着NiSO4浓度的增加,各处理组Pik3r1表达逐渐升高(P<0.05),500和1000μmol/L NiSO4组中Akt1 mRNA表达逐渐降低(P<0.05)。通过Western Blot法检测发现:各处理组PI3K和Akt总蛋白表达量无显著性差异(P>0.05);而随着NiSO4浓度的增加,250、500和1000μmol/L NiSO4组磷酸化蛋白p-PI3K p85表达水平有降低趋势,差异无统计学意义(P>0.05);1000μmol/L NiSO4组p-Akt的表达显著降低(P<0.05);随着NiSO4剂量的升高,各处理组中p-PI3K p85/PI3K p85以及高浓度组p-Akt/Akt蛋白比率均显著下降(P<0.05)。结论:(1)非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)能够通过ceRNA网络机制(LOC102549726/miR-760-3p/Atf6、LOC102549726/miR-760-3p/Ets1、LOC102549726/miR-760-3p/Sik1和AABR07037489.1/miR-708-5p/Mapk14)参与调控镍诱导的大鼠Leydig细胞类固醇生成障碍。(2)镍可抑制大鼠Leydig细胞PI3K/Akt信号通路的激活,可能因此影响睾酮生成。
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