Oncol研究。2016; 23(3): 99–107.
长非编码RNA H19-衍生miR-675通过RUNX1增强胃癌细胞的增殖和侵袭
,* ,† ,‡和*
田香
†中国湖北省恩施市武汉大学恩施临床学院恩施自治州中央医院临床检验中心科室
吴全峰
中国湖北省恩施市武汉大学恩施临床学院恩施自治州中央医院胃肠外科
*武汉大学人民医院肝胆腹腔镜外科,湖北武汉
†中国湖北省恩施市武汉大学恩施临床学院恩施自治州中央医院临床检验中心科室
中国湖北省恩施市武汉大学恩施临床学院恩施自治州中央医院胃肠外科
摘要
lncRNA H19及其成熟产物miR-675最近被证明上调并促进胃癌的进展。然而,H19/miR-675在胃癌发生中的详细功能和潜在分子机制尚不清楚。在本研究中,我们发现H19依赖于miR-675来增强胃癌AGS细胞的增殖和侵袭,并且在胃癌患者中miR-676的表达与H19呈正相关。随后,肿瘤抑制因子runt域转录因子1(RUNX1)被证实是H19/miR-675轴的下游分子,因为H19或miR-676的过度表达显著降低了AGS细胞中RUNX1的表达,而H19或miR-675的敲低增强了RUNX1的表达。更重要的是,一系列实验进一步证明,RUNX1的引入消除了H19/miR-675诱导的Akt/mTOR通路激活以及随后的细胞增殖和AGS细胞的侵袭。据我们所知,现在是时候证明RUNX1在H19/miR-675轴和Akt/mTOR信号之间起到连接作用,并且是H19/miR675诱导胃癌进展的关键介质。因此,我们的研究为理解lncRNA-miRNA功能网络的关键作用和确定胃癌的新治疗靶点提供了重要线索。
关键词:H19,miR-675,Runt域转录因子1(RUNX1),Akt/mTOR通路,胃癌
简介
2012年,胃癌是全球第五大常见恶性肿瘤(952000例,占总数的6.8%),也是第三大癌症相关死亡原因(723000例,占总死亡人数的8.8%)(1). 由于胃癌进展涉及多种危险因素,尤其是幽门螺杆菌感染、充分的手术作为胃癌治疗的基石,在过去几十年中仅略微提高了无病生存率,而晚期疾病的局部控制仍然非常困难(2). 因此,有必要进一步阐明胃癌进展的潜在分子机制,从而确定胃癌新的预后生物标志物和治疗靶点。
近年来,新出现的证据强烈表明,长非编码RNA(lncRNAs),即长度超过200个核苷酸的内源性细胞RNA,在可能导致疾病发生的广泛生物过程中发挥关键作用(3,4). 更重要的是,许多研究证实多种lncRNA参与了癌症进展的调控(5–11). 例如,lncRNA loc285194的表达与结肠癌和乳腺癌的发病机制有关。作为p53转录靶点,loc285194通过抑制癌基因miR-211的表达,在体内外抑制肿瘤细胞生长(12). 前列腺癌基因表达标志物1(PCGEM1)是雄激素和c-Myc的共同激活因子,不仅以肿瘤特异性的方式重新编程雄激素网络和中枢代谢,而且抑制肿瘤抑制因子miR-145的表达,从而在体外和体内促进前列腺癌的生长(13,14). lncRNA转移相关的肺腺癌转录物1(MALAT-1)过度表达与肝癌患者总体生存率低相关(15)在非小细胞肺癌、乳腺癌、胰腺癌、结直肠癌和前列腺癌中也异常上调(16–18).
lncRNA H19由父亲印记的基因H19产生,被认为是多种癌症的致癌lncRNA,包括肝癌、膀胱癌、乳腺癌、食管癌和胶质瘤(19–23). 在胃癌中,研究发现lncRNA H19异常上调(8,24,25)通过灭活p53促进胃癌细胞增殖(26)或通过miR-675抑制已知肿瘤抑制因子runt域转录因子1(RUNX1)的表达(27,28). 然而,H19在胃癌发生中的确切潜在机制仍需进一步探索。Akt/mTOR信号轴已显示由RUNX1调节(29,30)在包括胃癌在内的大多数人类癌症中被激活(31,32). H19/miR-675信号轴也被证明可以促进胶质瘤细胞的侵袭(22). 因此,我们推测RUNX1可能通过调节H19-衍生miR-675激活的Akt/mTOR通路在肿瘤发生过程中发挥关键作用。
因此,在本研究中,我们探讨了lncRNA H19和miR-675在胃癌发生中的临床特征、病理生理作用和潜在机制。我们发现H19主要依赖miR-675促进胃癌进展。此外,我们发现H19-derived miR-675通过抑制RUNX1表达激活Akt/mTOR通路,从而调节胃细胞致癌,这可能是胃癌的潜在诊断和治疗靶点。
材料和方法
胃癌组织和细胞培养
肿瘤组织标本取自武汉大学人民医院和恩施自治州中央医院。样品从体内取出后立即保存在RNA固定器(中国北京Bioteke)中,并在−80°C下保存,直至再次使用。本研究得到了恩施自治州人民医院和中央医院伦理委员会的批准。患者的特征详见人胃癌细胞系AGS和永生化人胃上皮粘膜细胞系GES-1来自美国型培养物收集中心(弗吉尼亚州马纳萨斯)。所有细胞系均保存在含有10%胎牛血清(FBS;Gibco)的RPMI-1640培养基(Hyclone)中,并在含有5%CO的湿化培养箱中培养237°C时。
表1
变量 | 没有(n个============================================================================114) | 百分比 |
---|
年龄(年) |
<60 | 38 | 33.3% |
≥60 | 76 | 66.7% |
性别 |
男性 | 83 | 72.8% |
女性 | 31 | 27.2% |
直径(cm) |
<5 | 67 | 58.8% |
≥5 | 47 | 41.2% |
CEA公司 |
积极的 | 71 | 62.3% |
阴性 | 43 | 37.7% |
约19-9年 |
积极的 | 58 | 50.9% |
阴性 | 56 | 49.1% |
区别 |
嗯 | 11 | 9.7% |
中等 | 47 | 41.2% |
可怜的 | 56 | 49.1% |
淋巴转移 |
不存在 | 31 | 27.2% |
出席 | 83 | 72.8% |
入侵 |
时间和T1–T3 | 37 | 32.5% |
T4类 | 77 | 67.5% |
远处转移 |
不存在 | 71 | 62.3% |
出席 | 43 | 37.7% |
TNM阶段 |
0–I | 25 | 21.9% |
二 | 22 | 19.3% |
三 | 24 | 21.1% |
四、 | 43 | 37.7% |
RNA提取和定量实时PCR
按照制造商的方案,使用TRIzol(Invitrogen)从细胞中提取RNA。为了检测细胞中miR-675的水平,使用Applied Biosystems TaqManH MicroRNA reverse transcription Kit(Applied Biosystems,Foster City,CA,USA)进行逆转录(RT)。miR-675的引物购自美国生命科技公司。人类U6 RNA被平行扩增,作为内部对照。对于mRNA检测,本研究使用的引物如下:H19(正向:5′-TACAACCACTGCACTTG-3′,反向:5′-TGGAATGCTTGAAGGCTGCT-3′)(33); RUNX1(正向:5′-CCGAGAACCTCGAAGACATC-3′,反向:5′-GATGGTGTGCCTTGT-3′);GAPDH作为内部控制(正向:5′-ACCTGACCTGCTCTAGAA-3′,反向:5′-TCACCACCTTTGCTGTA-3′)(27). 使用ABI StepOne Plus(美国加利福尼亚州福斯特市应用生物系统公司)进行扩增反应。每项实验一式三份,数据由2-ΔΔCt方法。
细胞增殖试验
细胞增殖试验,5×104将细胞置于24孔板中,并转染相关质粒或寡核苷酸,根据制造商的协议,使用CyQUANT细胞增殖试验(Life Technologies)测定细胞增殖。使用荧光微孔板阅读器(Molecular Devices,Sunnyvale,CA,USA)测量荧光强度。
菌落形成分析
在六孔板中制备软琼脂板,底层为0.5%琼脂,培养基为无血清RPMI-1640。首先将细胞接种在35 mm组织培养皿中24 h,然后用不同的试剂转染。胰蛋白酶化后,将1000个细胞与0.35%琼脂混合在添加有10%FBS的RPMI-1640培养基中,作为上层琼脂接种到琼脂平板上。然后将细胞在37°C培养箱中培养3周。菌落用0.1%结晶紫染色并用PBS广泛洗涤后,计数菌落数量。
侵袭试验
细胞侵袭通过Transwell分析测定。根据方案将相关的寡核苷酸转染到细胞中。孵育48小时后,3×104将细胞转移到Matrigel-coated入侵室(美国BD Biosciences)顶部的无血清RPMI-1640中,并将含有10%FBS的RPMI-1640.添加到下室。24h后,去除非侵入细胞,用95%乙醇固定侵入细胞,0.1%结晶紫染色,拍照(×100)。通过三个独立的实验重复测试。
西方印迹法
将寡核苷酸转染到细胞中。使用RIPA裂解缓冲液(中国Beyotime)从细胞中提取蛋白质,并使用BCA蛋白质检测试剂盒(Beyotime)进行定量。将30微克蛋白质裂解物载入SDS-PAGE。电泳后的蛋白质转移到PVDF膜(美国密理博)。在5%脱脂牛奶中封闭膜,并用稀释抗体培养(美国CST),然后用辣根过氧化物酶结合二级抗体培养(1:2000;美国圣克鲁斯)。GAPDH用作对照(1:1000;CST,美国)。
统计分析
所有实验都进行了三次。数据以平均值±SD表示,并通过GraphPad Prism V.5.00软件(GraphPad-software,San Diego,CA,USA)进行分析。Spearman秩检验用于评估H19和miR-675表达水平之间的相关性。采用单因素方差分析(ANOVA)和Neuman–Keuls事后检验(post-hoc test)测试不同组之间的差异。的双面值第页 < 0.05被认为具有统计学意义。
结果
H19与胃癌组织中miR-675的表达呈正相关
据报道,miR-675上调与胶质瘤、结直肠癌和胃癌中H19的表达呈正相关(22,27,33,34). 为了在不同人群的胃癌患者中进一步证实这一结果,我们初步分析了中国湖北省胃癌患者组织中H19和miR-675的表达。据Zhung等人报道,胃癌患者中H19和miR-675的表达水平显著上调(27),我们进一步确定H19和miR-675的表达与肿瘤分级相关(). 相关分析进一步表明,H19与胃癌组织中miR-675的表达呈正相关(第页============================================================================0.5725,第页 < 0.0001). 因此,这些结果进一步证实,作为H19的衍生物,miR-675可能参与H19诱导的胃癌进展。
H19和miR-675与胃癌临床分期呈系统性正相关。H19(A)和miR-675(B)在114个胃癌组织的不同阶段的相对表达,相对于正常胃粘膜,这些组织被归一化为GAPDH/U6。(C) 胃癌组织中H19和miR-675表达的正相关,第页============================================================================0.5725,第页 < 0.0001,n个============================================================================(D)比较AGS细胞和GES-1细胞中H19/miR-675的相对表达。(E) 用质粒或寡核苷酸转染AGS细胞48小时,然后用定量逆转录-PCR验证H19/miR-675的相对表达。数据表示为平均值±SD,n个============================================================================3个独立实验。
miR-675是H19诱导胃癌进展的关键介导物
为了进一步阐明miR-675在H19诱导的胃癌进展中的作用,我们首先比较了胃上皮粘膜细胞系GES-1和胃癌细胞系AGS之间H19和miR-675。如所示AGS细胞中H19和miR-675显著增加。然后我们用H19 siRNA或pcDNA-H19转染AGS细胞,发现剥夺H19表达显著降低miR-675表达()而H19的过度表达诱导了miR-675的高水平表达。
作为miR-675抑制剂下调pcDNA-H19-诱导的miR-675表达()下一步,我们研究了这些治疗在胃癌进展中的作用。如所示miR-675抑制剂挽救了pcDNA-H19转染诱导的AGS细胞增殖、集落形成和侵袭性的促进作用,下降水平甚至与H19 siRNA相似。因此,这些结果表明H19通过miR-675。
H19/miR-675促进AGS细胞的增殖、集落形成和侵袭。(A) 将AGS细胞置于24孔板中并转染质粒或寡核苷酸,然后使用CyQUANT细胞增殖试验在指定的时间点测定细胞数量。AGS细胞,1×10三与(A)处理相同,接种在软琼脂中,以评估菌落形成能力。代表性图像显示了每个治疗组的菌落染色(D)。总结了指示处理的菌落形成效率(B)。在具有Transwell室的24孔板中检查细胞的细胞侵袭。移行细胞用结晶紫染色并计数。每组每个上腔拍摄六个随机场(如E所示)并汇总(C)。数据表示为平均值±SD,n个============================================================================3个独立实验。
H19-衍生miR-675调控胃癌细胞RUNX1的表达
RUNX1是一个重要的抑癌基因;如所示,被预测为miR-675的直接靶点(http://www.microrna.org/microrna)并由Zhung等人进行了鉴定(27). 在我们的研究中,我们发现H19和miR-675都显著降低了AGS细胞中RUNX1的表达,而miR-676抑制剂则显著挽救了因异位H19表达而降低的RUNX1表达(). 因此,这些结果表明H19依赖miR-675抑制RUNX1表达。
H19-衍生的miR-675调节RUNX1并促进Akt/mTOR磷酸化。(A) 使用生物信息分析,miR-675可能以RUNX1为靶点。(B) 比较RUNX1在AGS细胞和GES-1细胞中的相对表达。用质粒或寡核苷酸转染AGS细胞48小时,然后用定量逆转录-PCR(C)验证RUNX1的相对表达。进行蛋白质印迹分析以检测RUNX1、Akt和mTOR(D)的蛋白水平。数据表示为平均值±SD,n个============================================================================3个独立实验。
miR-675通过下调RUNX1促进AKT/mTOR通路激活
Akt/mTOR信号轴已显示由RUNX1调节(29,30)在胃癌中被激活(32). 此外,Akt被发现参与H19/miR675介导的人类肝细胞癌的致癌过程(35). 在AGS细胞中,我们发现H19和miR-675均促进Akt和mTOR磷酸化,miR-676抑制剂显著抑制由异位H19表达诱导的Akt与mTOR的磷酸化(). 因此,这些结果证实了H19依赖于miR-675来增强AKT/mTOR信号的激活。
接下来,用RUNX1过表达质粒和miR-675模拟物共同转染AGS细胞,RUNX1-的异位表达抑制了miR-676模拟物诱导的Akt和mTOR的磷酸化(). 更重要的是,在联合转染RUNX1 siRNA和miR-675抑制剂的AGS细胞中,我们进一步注意到RUNX1干扰并逆转了miR-676抑制剂对AKT和mTOR磷酸化的抑制作用(). 因此,这些结果表明,H19-衍生的miR-675通过抑制RUNX1表达激活Akt/mTOR信号通路。
H19-衍生的miR-675通过调节RUNX1/Akt/mTOR通路调节胃癌进展。(A) miR-675通过抑制RUNX1表达促进Akt/mTOR磷酸化。将AGS细胞置于24孔板中,转染质粒或寡核苷酸48 h,然后进行Western blotting分析以检测RUNX1、Akt和mTOR的蛋白水平。AGS细胞处理方法与(A)相同;检测集落形成能力(B)、侵袭能力(C)和细胞增殖能力。数据表示为平均值±SD,n个============================================================================3个独立实验。
RUNX1异位表达逆转miR-675诱导的胃癌进展
作为一种重要的肿瘤抑制因子,RUNX1被发现在胃癌中下调(27,36). 为了进一步证实miR-675在胃癌细胞中的促瘤作用是RUNX1抑制的结果,同时用miR-675mimulate和RUNX1AGS细胞转染。如所示RUNX1的异位表达抑制了miR-675模拟物对AGS细胞生长、集落形成和侵袭性的促进作用。此外,对于用miR-675抑制剂加上RUNX1特异性siRNA转染的AGS细胞,RUNX1的敲低可逆转由miR-675抑制剂引起的肿瘤阻滞。这些结果强烈表明RUNX1是miR-675下调的一个重要靶点,可促进胃癌的进展。
讨论
最近,越来越多的研究表明,胃癌中严重的lncRNAs失调,与肿瘤的发生、转移或预后密切相关(37)例如GAS5、SUMO1P3、MEG3和H19(34,38–40). 此外,lncRNAs在转录调控中作用的机制是复杂的(41,42). 关于H19,研究表明H19的致癌作用与其作为miR-675前体的功能有关(43,44). 然而,根本机制仍不清楚。在本研究中,我们首先建立了H19-衍生的miR-675和RUNX1/Akt/mTOR信号轴在胃发育中的可能联系,将lncRNAs与microRNAs和信号蛋白联系起来,这种方法可能为确定新的潜在癌症治疗靶点提供有价值的线索。
此外,我们的数据表明,H19在肿瘤组织中的表达与临床分期呈正相关。这与Li等人进行的研究一致(34). 他们进一步确定,胃癌中H19的高表达与预后不良相关,但与Song等人的研究略有不同(8),因为他们的研究没有显著差异。由于在这两项研究中很难获得患者的个人信息,H19与临床分期的相关性可能需要在未来进行进一步的荟萃分析。
由于miR-675来自H19的第一个外显子(45)胃癌中miR-675的表达与H19呈正相关。目前,一项研究发现miR-675的表达可以区分肾上腺皮质癌和肾上腺皮质腺瘤(46)并显著促进肝细胞癌的进展(47). 此外,H19-衍生的miR-675可促进不同癌症的癌细胞增殖和侵袭,包括结直肠癌、胶质瘤和胃癌(22、27、33). 然而,miR-675及其调控网络在胃癌中的潜在机制尚不清楚。miR-675的许多靶点已在不同的疾病模型中确定,如Twist1、NOMO1、RB、CALN1和RUNX1(27,33,34,44,47).
RUNX1是一种重要的肿瘤抑制因子,被发现是miR-675的直接靶点(27); 然而,Li等人进行的一项研究否认了这一点(34). 因此,在本研究中,我们预测了miRBase网站上miR-675的靶点,并在AGS细胞中进行了重新检测。我们的数据表明,H19和miR-675在mRNA和蛋白质水平上调节RUNX1的表达。此外,RUNX1是否参与调节胃癌细胞的侵袭和集落形成,以及哪些是介导肿瘤转移的重要能力尚不清楚。在本研究中,我们发现RUNX1的异位表达抑制了胃癌细胞中miR-675模拟物引起的这些活动。因此,RUNX1的表达水平在miR-675介导的肿瘤进展中起着关键作用。
据报道,白血病癌变过程中Akt/mTOR通路受到RUNX1的调节(29,30). 更重要的是,它还与H19/miR-675相关,以介导肿瘤转移(35,48). 在本研究中,通过调控H19/miR-675或RUNX1的表达,我们发现H19/miR675调节Akt和mTOR的磷酸化,并且这种作用依赖于RUNX1的表达水平。此外,我们还观察到,引入RUNX1可以缓解H19或miR-675过度表达导致的p53失活(数据未显示)。这可能是由于RUNX1,它是刺激p53以应对H19/miR-675引起的DNA损伤所必需的(26、49). 进一步探索RUNX1参与途径在H19/miR-675介导的肿瘤进展中的作用将是未来研究的兴趣所在。
总之,本研究的主要发现可以总结如下。(i) H19通过miR-675调节胃癌的进展。(ii)H19-衍生miR-675通过下调肿瘤抑制因子RUNX1调节胃癌进展。(iii)RUNX1调节Akt/mTOR信号通路的激活,是胃癌发生和转移的重要因素。因此,本研究为了解H19在肿瘤发生过程中的调控网络和确定胃癌治疗的新靶点提供了有价值的线索。
鸣谢
本研究得到了国家自然科学基金(81370562)的资助。
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