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MicroRNA‑9作为肿瘤抑制剂发挥作用,并通过靶向neuropilin 1增强抗放射A549细胞的放射敏感性

  • 作者:
    • 开雄
    • 李洪韶
    • 张海琴
    • 金林林
    • 魏伟
    • 卓东
    • 岳全珠
    • 吴宁
    • 顺子进
    • 李向雪
  • 查看附属关系

  • 在线发布时间: 2017年12月28日     https://doi.org/10.3892/ol.2017.7705
  • 页: 2863-2870
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摘要

放射治疗通常用于治疗肺癌,但可能不会杀死所有癌细胞,这可能归因于非小细胞肺癌(NSCLC)中经常出现的放射治疗耐药性。目前,抗辐射的分子机制尚不清楚。神经纤毛蛋白1(NRP1)是血管内皮生长因子(VEGF)的共受体,在我们之前的研究中被证明通过VEGF磷酸肌醇3激酶核因子-κB途径与NSCLC细胞的放射抵抗有关。据推测,某些microRNAs(miRs)可能通过调节NRP1在放射敏感性中发挥关键作用。生物信息学预测NRP1是miR‑9的潜在靶点,并通过荧光素酶报告子分析进行了验证。在功能上,miR‑9‑转染的A549细胞的增殖率降低,凋亡率增加,迁移和侵袭能力减弱。此外,miR‑9的高表达也显著增强了体内外A549细胞的放射敏感性。这些数据提高了对细胞放射抗性机制的理解,并表明miR‑9可能是预测非小细胞肺癌放射敏感性的分子靶点。

介绍

肺癌是全球穷人的健康问题临床结果。根据梅奥诊所2005年的调查,非小细胞肺癌(NSCLC)占80%以上5628例原发性肺癌例,大多数非小细胞肺癌患者在高级阶段(1). 放射治疗被视为非小细胞肺癌的初级治疗策略。然而,抗辐射性限制其有效性的关键问题(4). 因此,筛选有效迫切需要提供分子放射增敏剂个性化治疗,提高患者生存率。

微RNA(miRs;miRNAs)是内源性非编码靶向调控基因表达的RNAmRNA降解或抑制其翻译(5). 在过去的十年中研究表明,miRs表达的改变与不同类型的癌症相关(6)包括肺癌(7). 此外,研究还表明某些miR与放射治疗之间存在关联(8,9).miR-9在癌细胞中的功能被认为是有争议,因为它在黑色素瘤中起到了抑癌作用(10)作为一种转移因子乳腺癌(11). 减少miR-9的表达被认为是预后不良的标志子宫颈癌(12)和急性淋巴母细胞白血病(13).然而,miR-9在非小细胞肺癌发病机制中的作用,以及miR-9发挥其功能的分子机制调节非小细胞肺癌细胞的恶性表型完全确定。

神经毛蛋白1(NRP1)是一种跨膜糖蛋白大的细胞外区域广泛表达于内皮细胞与多种肿瘤细胞(14). NRP1在肿瘤发生和无线电抗性。布赖格(15)确定添加重组血管内皮生长因子VEGF-121和VEGF-165对鳞癌细胞的耐药性增加靶向NRP1受体的辐射诱导细胞死亡。格林卡(16)证明了NRP1的过度表达降低了胶质瘤的凋亡率辐射诱导的细胞。在我们之前的研究中,NRP1在抗放射NSCLC A549细胞系中表达,短发夹状RNA介导的NRP1抑制显著增强放射敏感性(17). 然而某些miR调节NRP1发挥其作用的机制功能尚不清楚。

本研究表明,miR-9可用于肿瘤抑制因子在放射敏感性中的作用其中,NSCLC细胞通过调节NRP1。这些数据将提供新的了解非小细胞肺癌发病机制的见解,并提出一个潜在的生物标记物来评估疗效放射治疗。

材料和方法

细胞系和治疗

A549细胞在Dulbecco改良液中培养Eagle medium(DMEM;Gibco;Thermo Fisher Scientific,Inc.,Waltham),马萨诸塞州,美国)。所有培养基均添加10%胎牛血清(FBS;HyClone;GE Healthcare,美国伊利诺伊州芝加哥),100 U/ml青霉素和100µg/ml链霉素(北京Solarbio科学&中国北京科技有限公司)含5%CO2使用0.25%胰蛋白酶收获细胞(北京索拉比奥科技有限公司,北京,中国)和0.03%EDTA溶液在37°C下5–10分钟。培养基为每周更换2-3次。

A549细胞(中国人型培养标本中国上海科学院)在Dulbecco的改良Eagle's培养基(Gibco,Thermo Fisher Scientific,Inc。,Waltham,MA,USA)补充10%(体积/体积)胎牛血清(HyClone,GE Healthcare)和1%青霉素-链霉素。A549型用100 nM miR-9模拟物转染细胞(Sense5′-UCUUUGUUAUCUAGCUGUAUGATT-3′,反义5′-AUAAAGCUAGAUAACCGAAGUTT-3)或阴性对照(NC;Sense5′-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT-3′,反义5′-ACGUGACACGUGGAATT-3′)RNA(基因制药,中国上海)使用脂多糖胺®2000年(Invitrogen;Thermo FisherScientific,Inc.,Waltham,MA,USA)受到假辐射或暴露辐照(IR)。随后的实验在24小时内进行转染后。

实验动物

共24名6周龄男性Balb/c裸体小鼠(北京海飞克生物科技有限公司,中国北京),称重本研究中使用了19–20克。小鼠被保存在一个特定的无病原体环境,20–25°C下12小时光/暗循环湿度为40–70%,消毒食品和水可自由饮用可用。小鼠右侧皮下注射1×1060.1ml PBS中的细胞。一旦肿瘤每天进行卡尺测量和肿瘤体积(五) 使用以下公式计算:V=宽度2x长度/2。当肿瘤体积达到~100mm时,老鼠是随机分为四组(对照组、miR-9组、IR组和miR-9+IR组组;n=6),并且miR-9和miR-9+IR组接受瘤内注射miR-9质粒和DNA转染试剂(Entranster-体内,Engreen Biosystem Co.,Ltd.,中国北京)每周一次。对于每个将15µg miRNA与15µl混合进入者-体内IR和miR-9+IR组在肿瘤部位暴露于20Gy。老鼠被安乐死IR后15天,或达到人道终点;定义当失去超过15%的体重时,肿瘤体积就会增大大于1.2厘米、严重发烧、呕吐或皮肤问题(伤口或炎症迹象)或无法行走或站立食物和水。安乐死后,肿瘤的质量和体积肿瘤体积不超过219mm.收集解剖的肿瘤,并为随后的手术做准备分析。所有动物实验均按照吉林大学(中国长春)的机构指南用于实验动物的护理和使用,该委员会批准研究方案为。

辐照

A549细胞被假辐射或暴露于IRX射线发生器的剂量率为1.0 Gy/min(220 kV;18 mA)(X-RAD320型,精密X射线,美国康涅狄格州北布兰福德)。这个将6周龄雄性Balb/c裸鼠暴露于20 Gy X射线剂量,剂量率为1.55 Gy/min。

RNA分离和定量聚合酶链反应(RT-qPCR)

使用以下方法从A549细胞中提取总RNA三唑®试剂(Invitrogen;Thermo Fisher Scientific,Inc.,Waltham,MA,USA)并反向转录以生成cDNA(PrimeScript RT-PCR试剂盒;Takara Bio,Inc.,Otsu,Japan)根据符合制造商协议。引物序列如下如下:NPR1正向,CCCCAACCACTGATAACTCG反向,阿加卡卡塔;GAPDH向前,ACATCGCTCACACCATG向后,TGTAGTTGAGGTCAATGAAGG(Sangon Biotech Co.,Ltd.,中国上海)。热循环条件如下:95°C持续5分钟,4095°C循环10秒,然后60°C循环30秒。U6小型核RNA和GAPDH被用作miR-9和分别为NRP1。所有样本均标准化为内部对照和折叠变化是通过相对量化(2-ΔΔCq) (18).

miRNA保守靶点NRP1的3′UTR预测

TargetScan预测(http://www.targetscan.org/vert_71/)习惯了确定3′UTR中推测的miRNA靶位点尼泊尔卢比1基因。这个尼泊尔卢比1基因符号与人类物种的检索从数据库中。的3′UTR尼泊尔卢比1成绩单选择ENST00000374875.1分析潜在结合miRNAs的位点。

质粒构建与荧光素酶报告人分析

高斯荧光素酶和碱性磷酸酶通过条件培养基中的发光测定活性(DMEM;HyClone;GE Healthcare),不含抗生素和10%FBS(HyClone;GE Healthcare)转染48小时后,如前所述描述(19). 一个2600 bp的片段来自A549细胞NRP1 3′非翻译区(3′UTR)的DNA使用Q5通过PCR扩增®高纯度DNA聚合酶(M0491),来自新英格兰生物实验室公司(马萨诸塞州伊普斯威奇,美国)。所使用的引物序列如下:正向,ATGAACGGTACAGGCAGACAGAGAGATGAAAGACA,背面,GAACTTCTCGAGTGTGGGGATTTTATAAAATG公司。热循环条件95°C持续3分钟,然后进行35次95°C循环15秒,58°C持续30秒,72°C持续2分钟30秒,35次循环,以及72°C的一次循环然后将DNA克隆到pEZX-MT05载体中10分钟(美国马里兰州罗克维尔GeneCopoire公司)。矢量被命名为野生型(wt)3′UTR。miR-9的定点突变使用GeneTailor检测NRP1 3′UTR中的结合位点定点突变系统(Invitrogen;Thermo FisherScientific,Inc.),该构建物被命名为突变体(mt)3′UTR。用100 ng wt/mt 3′UTR载体和100 ng wt/mt UTR载体转染A549细胞nM miR-9模拟物/抗miR-9/NC,使用脂多糖胺®2000(Invitrogen;赛默飞世尔科技公司)。以下转染48h,Gaussia荧光素酶活性和分泌型碱性磷酸酶用分泌对检测双荧光检测试剂盒(GeneCopoeia,Inc.,Rockville,MD,美国)。高斯荧光素酶活性归一化为碱性磷酸酶活性。正常化荧光素酶活性治疗并与对照组进行比较。

蛋白质印迹分析

辐射暴露后总共48小时,介质从A549细胞中取出,然后用冰镇PBS。使用细胞裂解缓冲液(Beyotime中国海门生物技术研究所)和细胞裂解物在10000离心之前刮平平板收集×g,在4°C下保持5分钟。使用制造商提供的双茚二酸检测试剂盒协议(Applygen Technologies Inc.,中国北京)。总共30µg蛋白质,在凝胶加载缓冲液中变性(ApplygenTechnologies Inc.,中国北京),每口井装载使用SDS-PAGE电泳分离(5%堆积凝胶和10%分离凝胶),直到溴酚蓝耗尽分离凝胶,然后转移到聚偏二氟乙烯上膜(Bio-Rad Laboratories,Inc.,Hercules,CA,USA)。这个在室温下用5%脱脂牛奶封闭膜1h、 在4°C下与指定初级培养基培养过夜之前抗体(兔抗神经毛蛋白1(英国剑桥Abcam;猫)。编号,ab81321),兔抗磷酸p38 MAPK(CST生物试剂有限公司,中国上海;猫。编号:9215),兔子抗-总-p38 MAPK(Sigma-Aldrich;Merck KGaA,德国达姆施塔特;猫。编号,M0800),兔抗pERK1/2(T202/Y204)(CST生物试剂公司,目录。编号4370),小鼠抗ERK1/2(CST生物试剂公司,目录。编号9107),兔抗pAKT(S473;CST生物试剂公司,目录。编号,4060),小鼠抗AKT(CST生物试剂公司目录。编号2966),兔PI3激酶p110α(C73F8;CST生物试剂公司,分类号4249)和小鼠反GAPDH(Santa Cruz Biotechnology,Inc.,Dallas,TX,USA;cat。编号,sc-47724)。所有抗体均以1:1000的稀释度使用。然后将膜与相应的辣根培养过氧化物酶结合二级抗体(山羊抗兔IgG;Beyotime生物技术研究所)在室温下放置2小时。使用ImageJ(版本1.50i;国家美国马里兰州贝塞斯达卫生研究院)。

细胞活力测定

总计5×10接种A549细胞转入96 well板并转染miR-9模拟物或对照RNA。IR后,在DMEM(Hyclone;GE)中培养细胞Healthcare,芝加哥,伊利诺伊州,美国),10%FBS(HyClone;GE Healthcate)在37°C下持续0、24和48小时。miR-9对细胞生长和通过MTT分析(细胞生长测定配套元件;Sigma-Aldrich;Merck KGaA,德国达姆施塔特)根据制造商的说明,DMSO用于溶解晶体,在570nm处测量光密度。

细胞周期分析和膜联蛋白V-异硫氰酸荧光素(FITC)凋亡检测试验

用于细胞周期分析,1×106细胞转染miRNAs或对照RNA的细胞完全培养DMEM(Hyclone;GE Healthcare),37°C,一式三份,6孔板材。转染后48小时,细胞暴露于10 Gy IR。用0.05 mg/ml丙酸分析细胞周期分布碘染色(37°C 30分钟)和流式细胞术(BD生物科学,富兰克林湖,新泽西州,美国)。细胞被染色室温下使用Annexin V-FITC凋亡20分钟根据制造商的检测试剂盒I(BD Biosciences)协议。通过该分析获得的数据使用Modfit软件(3.3版;Verity House software,Topsham,ME,美国)。

菌落形成分析

转染和对照A549细胞被镀入特定细胞密度下的6孔板(200个细胞用于0 Gy,5002 Gy电池、4 Gy 1000电池、6 Gy 3000电池和5000个细胞(8 Gy),24小时接受0、2、4、6或8 Gy X射线然后在DMEM中培养(Hyclone;GE卫生保健)在37°C下放置7-14天,以使菌落生长。这个然后用PBS将细胞冲洗3次,并将其固定在100%甲醇中(室温20分钟),Giemsa染色(0.04%)在室温下保持30分钟。菌落数量使用光学显微镜对含有至少50个细胞的细胞进行计数放大倍率×40。存活分数计算为菌落计数/(接种细胞数×平板效率)。实验一式三份并重复进行三次。

体外迁移和侵袭化验

对于跨井迁移分析,2.5×104A549细胞被放置在顶部腔室无涂层膜(24孔嵌件;美国纽约州科宁市)。对于侵入分析,5×104A549细胞被镀在顶部Matrigel上的腔室®-涂层膜(24孔插入物;BD生物科学)。将细胞接种在DMEM中(Hyclone;GE健康)无血清,或补充10%FBS(HyClone;GEHealthcare)被用作下室的化学引诱剂。然后将细胞在37°C下培养12小时。单元格保留在用PBS冲洗去除滤膜的上侧棉签。然后将过滤器固定在100%乙醇中20室温下,用0.1%结晶紫染色室温下20分钟。染色细胞在光学显微镜(放大倍数,×40)。平均计数为在6个随机视野中计算。进行了实验一式三份,重复三次。

统计分析

使用SPSS 18.0进行统计分析(SPSS公司,美国伊利诺伊州芝加哥)。三个独立的结果实验以平均值±标准偏差表示。差异对照组和实验组之间的分析使用单向方差分析,然后进行组间比较使用Student-Newman-Keuls测试进行。P<0.05为被认为显示了统计上的显著差异。

结果

NRP1是miR-9的直接靶点A549电池

在我们之前的研究中,已经证明NRP1的高表达与生长、存活相关以及通过VEGF-PI3K-NF-κB途径对NSCLC细胞的放射抗性(17). 我们假设miRNAs可能通过以下途径参与这些生物过程调节NRP1表达。鉴于此本研究使用TargetScan算法确定可能与NRP1的3′UTR结合的潜在miRNAs确定NRP1具有保守的miR-9结合位点在大多数被检查的物种中,在其3′UTR内(图1A). 荧光素酶报告基因测定另外还进行了识别miR-9绑定到NRP1 mRNA的3′UTR。值得注意的是,联合转染miR-9模拟与荧光素酶相关的NRP1野生型3′UTR结构下调荧光素酶活性,而与突变的3′UTR结构没有(图。1B年). 此外,抑制内源性miR-9表达抗miR-9转导的细胞导致荧光素酶增加来自野生型构造的活动,但对突变NRP1 3′UTR(图1C). 这些数据表明miR-9调节NRP1 mRNA的表达(图1D)和蛋白质(图1E)在A549细胞中。

miR-9具有抑癌作用体内外A549细胞中

在5个NSCLC细胞中检测到NRP1的表达线路包括H358、H460、H1299、A549和SK-MES-1研究(17),并已确定A549细胞系表现出NRP1的最高表达和最强的抗辐射性。此外,肿瘤形成来自NRP1抑制的A549细胞的生长速度比与来自正常A549细胞的(17). 因此,A549细胞被选为原代细胞系。miR-9过表达是否起作用与NRP1抑制作用相似。miR-9模拟物瞬时转染A549细胞进行功能分析。一个24小时时细胞活力显著下降与对照组相比,48小时时出现下降(图2A). 同时,一个重要的miR-9治疗组与对照组相比,细胞凋亡增加控制(图2B). 细胞周期分析表明miR-9转染可模拟阻滞的细胞周期48小时G2/M期进展(图2C). 此外,我们测量了A549细胞的跨孔迁移和侵袭能力迁移和矩阵®入侵检测。结果表明迁移的数量(图2D)和侵袭性细胞(图2E)转染后减少与未经处理的A549细胞相比,具有miR-9模拟物。此外,裸鼠肿瘤形成实验表明miR-9处理的A549细胞形成的肿瘤中,有%的肿瘤延迟发生与正常对照组(图。3厘米). 总的来说,这些结果表明miR-9的功能是通过抑制细胞增殖在A549细胞中抑制肿瘤,促进细胞凋亡,减少迁移和侵袭能力。

miR-9过表达增强了A549细胞体内外放射敏感性研究

之前已经证明击倒内源性NRP1增强A549细胞的放射敏感性(17). 结合以下结果在本研究中,我们假设miR-9也能够影响A549细胞的放射敏感性。A549细胞为无论是否转染miR-9模拟物,对IR的影响是观察。转染miR-9模拟物的细胞的存活率为24小时显著下降,48小时甚至更大用正常控制(图3A).集落分析表明,A549细胞的存活率miR-9转染组与对照组相比减少0、2、4、6或8 Gy IR下的miR-NC组(图3B). 这些数据表明miR-9的过度表达可能显著增强在里面体外非小细胞肺癌细胞的放射敏感性。接下来是裸鼠建立皮下肿瘤模型。这些小鼠是随机的分为四组(对照组、miR-9组、IR组和miR-9+IR组)并给予相应的实验治疗。这个结果表明,miR-9治疗后肿瘤的生长与其他组相比,IR明显延迟(图3C)表明miR-9过度表达结合放射治疗可能诱导更强的体内抗肿瘤效果与放射治疗的比较独自一人。

探索miR-9调节的放射敏感性

NRP1和miR-9在IR和此外,裸鼠的非IR治疗肿瘤检查。NRP1表达显著上调,而miR-9显著下调,这表明与辐射敏感性的相关性(图。4A级). 作为非酪氨酸激酶受体,NRP1可能适度增加PI3K和ERK P38 MAPK、ERK1/2、蛋白质的磷酸化激酶B(Akt)和NF-κB促进肿瘤细胞增殖和转移,抑制细胞凋亡,增强放射抗性(17,20). 因此,由于NRP1是下游miR-9的靶点,miR-9也可能下调PI3K和P38 MAPK、ERK1/2、Akt和NF-κB的磷酸化。因此,miR-9的过度表达抑制了PI3KNF-κB、P38 MAPK、ERK1/2和Akt的磷酸化,但总蛋白的相对表达没有显著改变(图4B). 因此miR-9介导的放射敏感性机制可能通过以下途径发挥作用调节PI3K和NF-κB、ERK1/2、P38 MAPK的磷酸化和Akt通过NRP1。

讨论

miR在控制增殖、分化和肿瘤发生。之前的研究表明miR-9在胃、结肠和卵巢癌和人类乳腺癌中miR-9上调,脑肿瘤和胆道癌与有争议的函数(21). miR-9型在人胃癌中表现出抑瘤活性(22)和结直肠癌(23)虽然它在膀胱癌(24),骨肉瘤(25)和混合血统白血病重排白血病(26).这些相互矛盾的结果也反映在同一研究中肿瘤类型,如卵巢癌(27,28)和非小细胞肺癌(21,29)miR-9在其中展示了不同来源的肿瘤发生相关和抗肿瘤活性研究。这些矛盾结论的原因可能是肿瘤和不同材料的异质性,例如使用的细胞系。在本研究中,确定了miR-9可能抑制A549细胞,与其他NSCLC细胞系。此外,它还与NRP1高表达(17). 目前的研究表明,miR-9直接通过结合NRP1的3′UTR和增强A549细胞的放射敏感性。

了解临床病理学意义miR-9在A549肺癌中过度表达的影响检测细胞。结果表明miR-9过度表达显著降低A549细胞的活力处于G2/M期的细胞周期进展。就像过去一样确定G2/M期细胞对IR敏感随着细胞从G1期进入S期,敏感性降低(30),流的结果细胞分析表明miR-9的上调可能增强A549细胞的放射敏感性通过破坏G2/M期细胞周期。此外,miR-9的过度表达增加了细胞凋亡率与抑制细胞迁移和侵袭与转染组比较。这些结果是一致的与我们之前研究中在NRP1敲除细胞中观察到的那些(17),表示miR-9用于靶向A549细胞中NRP1的抑癌作用。事实上,NRP1是一种广泛表达的致癌启动子人类肿瘤细胞系的NRP1可能增强VEGF与血管内皮生长的结合因子受体2(VEGFR2),导致VEGF165介导的肿瘤血管生成、细胞迁移和致瘤性(31).

还建议NRP1可能会增加肿瘤细胞对放射治疗的抵抗(17,32).因此,我们假设miR-9也可能参与辐射敏感性的调节。已确定miR-9过度表达显著抑制了细胞的活力IR后A549细胞的集落形成能力证明miR-9增强了该细胞的放射敏感性线在体外此外,裸鼠皮下肿瘤构建模型是为了分析miR-9对放射治疗。结果表明miR-9过度表达,与IR相结合,抗肿瘤效果更显著仅使用IR。所有这些数据表明miR-9增强了放射敏感性在体外体内.

肿瘤固有的放射抵抗依赖于细胞生存和凋亡、细胞周期和DNA修复途径(33). 共4个经典信号包括PI3K/AKT、MAPK/ERK、NF-κB和转化生长因子-β参与调节肿瘤放射反应辐射暴露或通过受体磷酸化酪氨酸激酶,如EGFR和胰岛素样生长因子1受体(34). 的结果目前的研究表明,IR处理抑制miR-9表达,NRP1表达相应增加肿瘤由A549细胞形成。上调的NRP1表达增加VEGFR2和NRP1之间的速率交互作用,并增强激活的VEGFR2-PI3K-NF-κB通路的放射抗性(17,20). 这意味着通过上调靶向NRP1的miR9的放射敏感性可能是潜在的治疗策略。与对照组相比本研究中,PI3K、NF-κB、,磷酸化ERK、pAkt和pP38在miR-9过表达,表明miR-9可能抑制增强放射敏感性的信号通路。这些结果可能为提高对整个网络的理解提供见解调节抗辐射性,并可能有助于进一步改进在非小细胞肺癌的放射治疗策略中。

致谢

本研究得到了国家中国自然科学基金(批准号81573085,81672091,81541142、81371890和81201737)和北京自然科学基金会(拨款编号7172232)。这项研究的摘要是在接受海报展示后发布美国放射肿瘤学学会年会24-272017年9月,美国加利福尼亚州圣地亚哥(国际期刊放射肿瘤学99:E6282017)。

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2018年3月
第15卷第3期

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