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        RWD結(jié)構(gòu)小泛素化增強(qiáng)子與缺氧誘導(dǎo)因子-1α在AtT-20細(xì)胞的表達(dá)☆

        2015-02-01 09:20:30何偉楊炎林沈曉黎李敏張焱涂偉祝新根
        中國神經(jīng)精神疾病雜志 2015年6期
        關(guān)鍵詞:泛素垂體腺瘤

        何偉楊炎林沈曉黎李敏張焱涂偉祝新根

        ·論 著·

        RWD結(jié)構(gòu)小泛素化增強(qiáng)子與缺氧誘導(dǎo)因子-1α在AtT-20細(xì)胞的表達(dá)☆

        何偉*楊炎林*沈曉黎*李敏*張焱*涂偉*祝新根*

        目的研究RWD結(jié)構(gòu)小泛素化增強(qiáng)子(RWD containing sumoylation enhancer,RSUME)調(diào)控缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor 1-alpha,HIF-1α)對AtT-20細(xì)胞侵襲的影響。方法通過氯化鈷模擬小鼠垂體腺瘤AtT-20細(xì)胞的缺氧環(huán)境,并應(yīng)用實(shí)時(shí)熒光定量PCR及蛋白質(zhì)印跡法檢測RSUME、HIF-1α的mRNA和蛋白水平的改變;然后運(yùn)用HIF-1α小干擾RNA(small interfering RNA,siRNA)及陰性對照序列轉(zhuǎn)染小鼠垂體腺瘤AtT-20細(xì)胞,實(shí)時(shí)熒光定量PCR及蛋白質(zhì)印跡法檢測RSUME的mRNA和蛋白水平的改變;運(yùn)用RSUME siRNA及陰性對照序列轉(zhuǎn)染小鼠垂體腺瘤AtT-20細(xì)胞后,實(shí)時(shí)熒光定量PCR及蛋白質(zhì)印跡法檢測HIF-1α的mRNA和蛋白水平的改變;并用Transwell及MTT法檢測AtT-20細(xì)胞侵襲的改變。結(jié)果氯化鈷作用AtT-20細(xì)胞后,細(xì)胞中RSUME的蛋白(P=0.003)和HIF-1α的蛋白(P=0.002)水平明顯升高;HIF-1α siRNA轉(zhuǎn)染的AtT-20細(xì)胞中RSUME mRNA(P=0.162)及蛋白(P=0.668)水平表達(dá)無明顯變化;RSUME siRNA轉(zhuǎn)染的AtT-20細(xì)胞中HIF-1α蛋白水平表達(dá)明顯降低(P<0.001),而mRNA水平未見明顯改變(P=0.136);RSUME siRNA轉(zhuǎn)染組AtT-20細(xì)胞侵襲率較RSUME陰性對照組及空白對照組低(侵襲抑制率=26.2%±8.4%)。結(jié)論缺氧可誘導(dǎo)RSUME的表達(dá),RSUME可調(diào)控HIF-1α的蛋白水平的作用影響AtT-20細(xì)胞的侵襲。

        RWD結(jié)構(gòu)小泛素化增強(qiáng)子 缺氧誘導(dǎo)因子1α AtT-20腫瘤侵襲

        腫瘤快速生長往往伴隨腫瘤血供的不足,易產(chǎn)生缺氧的微環(huán)境,而缺氧的微環(huán)境會(huì)加快腫瘤的生長速度,增加腫瘤的侵襲能力。缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor 1-alpha,HIF-1α)在腫瘤侵襲的過程中扮演著重要角色,HIF-1α可通過促進(jìn)血管新生增加腫瘤侵襲性,然而HIF-1α在常氧環(huán)境下極易被降解。近期研究發(fā)現(xiàn)HIF-1α在腫瘤的穩(wěn)定表達(dá)需依賴RWD結(jié)構(gòu)小泛素化增強(qiáng)子(RWD containing sumoylation enhancer,RSUME)的調(diào)控[1]。侵襲性垂體腺瘤能對周圍組織結(jié)構(gòu)侵襲,其侵襲生長依賴HIF-1α穩(wěn)定表達(dá),因此RSUME在侵襲性垂體腺瘤中的作用至關(guān)重要。但RSUME在垂體腺瘤侵襲過程中扮演什么角色目前尚未報(bào)道。本研究通過小鼠垂體腺瘤AtT-20細(xì)胞為對象,通過體外建立缺氧模型,并應(yīng)用HIF-1α、RSUME基因的小干擾RNA(small interfering RNA,siRNA)轉(zhuǎn)染,研究RSUME與HIF-1α在AtT-20細(xì)胞的表達(dá),以及對腫瘤侵襲的影響。

        1 材料與方法

        1.1 研究對象AtT-20細(xì)胞購自武漢普諾賽生命科技有限公司。細(xì)胞用含10%胎牛血清、5%青霉素-鏈霉素雙抗的RPMI-1640培養(yǎng)基(美國Hy?clone公司)置于37℃、5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng);2~3d傳代1次,取對數(shù)生長期的細(xì)胞用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。試劑與儀器:Lipofectamine 2000購自Life生物有限公司;引物由上海生物工程公司合成;RIPA裂解液、總RNA抽提試劑Trizol、Taq PCR Mix,辣根過氧化物酶標(biāo)記的山羊抗兔、山羊抗小鼠(二抗)、化學(xué)發(fā)光試劑盒購自武漢博士德生物工程公司;RSUME、HIF-1α基因序列的特異性小干擾RNA由上海吉瑪公司設(shè)計(jì)合成;SYBR?Premix Ex Taq?Ⅱ購自Takara公司;RWDD3兔抗人、兔抗鼠多克隆抗體購自美國nvous公司,HIF-1α兔抗人、兔抗鼠多克隆抗體購自cell signaling生物有限公司;Transwell小室及Matrigel膠購自北京樂博生物科技有限公司。

        1.2 氯化鈷模擬腫瘤缺氧環(huán)境取生長良好的AtT-20細(xì)胞,移至15 mL離心管后充分吹打,置于低速離心機(jī)中1000r/min離心5 min,棄置上清液,加入適量培養(yǎng)液懸浮細(xì)胞。將懸浮細(xì)胞接種于培養(yǎng)瓶中培養(yǎng),生長至融合度約60%時(shí)換液,加入含有100μmol/L氯化鈷的培養(yǎng)液。培養(yǎng)過程中用倒置顯微鏡觀察細(xì)胞生長狀態(tài)。

        1.3 RSUME siRNA和HIF-1α siRNA轉(zhuǎn)染小鼠垂體腺瘤AtT-20細(xì)胞AtT-20細(xì)胞接種12孔細(xì)胞培養(yǎng)板中,1×105個(gè)/孔,細(xì)胞轉(zhuǎn)染按照Lipo?fectamine 2000說明書進(jìn)行。RSUME siRNA轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)分:空白對照組、siRNA negative control(NC)組和RSUME siRNA轉(zhuǎn)染組。HIF-1α siRNA轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)分:空白對照組、siRNA negative control(NC)組和HIF-1α siRNA轉(zhuǎn)染組。RSUME siRNA序列為5'GGACTTGTGGGTGAGGATG 3',陰性對照序列為5'GGATGGGAC TGGTTGGATG 3';HIF-1α siRNA序 列 為 5’CCAACCTCAGTGTGGGTAT 3’,HIF-1α siRNA陰性對照序列為5’CCAT?GTAG-GCGCAGTCTAT 3’由上海吉瑪公司純化合成。轉(zhuǎn)染48h后熒光顯微鏡下觀察含有紅色熒光的AtT-20細(xì)胞數(shù),若含熒光細(xì)胞比例占50%以上,用于行實(shí)時(shí)熒光定量PCR及蛋白質(zhì)印跡法檢測。

        1.4 qRT-PCR檢測RSUME、HIF-1α的mRNA表達(dá)使用總RNA抽提試劑,提取上述AtT-20細(xì)胞總RNA,各組AtT-20細(xì)胞取1×106個(gè);配制PCR反應(yīng)液:2μL cDNA,上下游引物各1μL,SYBR?Premix Ex Taq?Ⅱ10μL,添加去離子水使總體積達(dá)到20μL。RSUME上游引物:5'GAGAGCGAG?GACTAAATATGTC 3', 下 游 引 物 :5' CATTTTCTCTTTGCATTTCTTTC 3';HIF-1α上游引物:5'TACTGAGTTGATGGGTTATGA 3',下游引物:5'AAGGCAGCTTGTATCCTC 3';β-actin上游引物:5'GTGACGTTGACATCCGTAAAGA 3';下游引物:5'GCCGGACTCATCGTACTCC 3'。進(jìn)行Re?al Time PCR反應(yīng):95℃預(yù)變性30s;95℃5s,60℃30s循環(huán)40次。根據(jù)公式ΔCt=Ct目的基因-Ctβ-actin和ΔΔCt=ΔCt處理組-ΔCt對照組統(tǒng)計(jì)結(jié)果,結(jié)果以2-ΔΔCt表示。

        1.5 Western blot檢測RSUME、HIF-1α蛋白的表達(dá)按照RIPA裂解液試劑盒說明書提取AtT-20的總蛋白,利用生物分光光度計(jì)比色分析總蛋白含量,取蛋白質(zhì)40μg/孔進(jìn)行電泳。80mV,在10%SDS-PAGE電泳2 h,蛋白膠條移至PVDF膜,250mA轉(zhuǎn)膜80min。5%脫脂奶粉封閉液室溫下封閉2 h,TBST洗膜3次。分別加入RWDD3、HIF-1α兔抗人多克隆抗體(1:1000稀釋)、β-actin鼠抗人多克隆抗體(1∶5000稀釋)一抗,4℃過夜孵育;洗膜3次后加入二抗(1∶5000稀釋)。依據(jù)增強(qiáng)化學(xué)發(fā)光(Enhanced chemiluminescence,ECL)試劑盒操作說明進(jìn)行顯影、定影。利用凝膠圖像分析系統(tǒng)對膠片進(jìn)行灰度掃描和凈光密度值分析。結(jié)果以目的蛋白/內(nèi)參的IOD比值表示。

        1.6 Transwell小室進(jìn)行細(xì)胞侵襲試驗(yàn)將Tran?swell小室放入24孔板,50mg/L的Matrigel膠用無血清培養(yǎng)基1:8稀釋,包被8μm孔徑的Transwell上室的底部表面;用無血清的RPMI-1640培養(yǎng)基重懸細(xì)胞,調(diào)整細(xì)胞密度約1×105個(gè)/mL,各組取200μL加入上室,下室加10%胎牛血清培養(yǎng)液500μL,常規(guī)培養(yǎng)24 h(每組設(shè)3個(gè)重復(fù)小室)。AtT-20為懸浮細(xì)胞,直接遷移至下室培養(yǎng)基中。將下室培養(yǎng)基輕輕吹打混勻后行MTT法比較存活細(xì)胞數(shù)量。

        1.7 MTT法檢測垂體腺瘤AtT-20侵襲細(xì)胞數(shù)量將進(jìn)行了Transwell侵襲試驗(yàn)的24孔板中加入500μL含0.5mg/mLMTT溶液,37℃孵育4h后加入500 μL DMSO,振蕩10min,充分吹打混勻后加到96孔板中(每組設(shè)5個(gè)副孔),酶標(biāo)儀檢測490 nm波長處的吸光度值。結(jié)果以侵襲抑制率表示。侵襲抑制率(%)=(OD空白組-OD轉(zhuǎn)染組)/OD空白組。

        1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法各項(xiàng)試驗(yàn)重復(fù)3次,采用SPSS19.0進(jìn)行分析,所有計(jì)量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,各組間數(shù)據(jù)的比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較采用SNK法,檢測水準(zhǔn)α=0.05。

        2 結(jié)果

        2.1 氯化鈷模擬腫瘤缺氧環(huán)境能上調(diào)RSUME及HIF-1α的表達(dá)氯化鈷缺氧處理小鼠垂體腺瘤AtT-20細(xì)胞后,提取細(xì)胞的總mRNA及蛋白,應(yīng)用實(shí)時(shí)熒光定量PCR結(jié)果顯示,RSUME mRNA表達(dá)水平明顯升高(F=156.251,P<0.001),而HIF-1α mRNA的表達(dá)水平無明顯改變(F=1.050,P= 0.363);運(yùn)用蛋白質(zhì)印跡法檢測總蛋白,結(jié)果顯示,RSUME蛋白的表達(dá)水平明顯升高(F=44.351,P=0.003),HIF-1α蛋白的表達(dá)水平也明顯升高(F=46.610,P=0.002)。見表1,圖1。

        2.2 HIF-1α siRNA轉(zhuǎn)染對RSUME的表達(dá)無影響HIF-1α siRNA轉(zhuǎn)染AtT-20細(xì)胞后,提取細(xì)胞的總mRNA及蛋白,運(yùn)用實(shí)時(shí)熒光定量PCR及蛋白質(zhì)印跡法檢測,結(jié)果行單因素方差分析及SNK法:與空白對照組及NC組相比,HIF-1α siRNA轉(zhuǎn)染組的mRNA(F=471.476,P<0.001)及蛋白水平明顯下降(F=25.403,P<0.001);然而RSUME mRNA(F= 2.502,P=0.162)和蛋白(F=0.379,P=0.668)表達(dá)水平在三組之間均無明顯變化。見圖2,表2。

        圖1 各組AtT-20細(xì)胞中RSUME、HIF-1α的蛋白表達(dá)水平,1:空白對照組;2:CoCl2處理組

        圖2 HIF-1α siRNA轉(zhuǎn)染后AtT-20細(xì)胞中RSUME、HIF-1α的蛋白表達(dá)水平,1:空白對照組;2:陰性對照組;3:siRNA轉(zhuǎn)染組

        表1 AtT-20細(xì)胞中RSUME、HIF-1α的mRNA及蛋白表達(dá)水平

        表2 HIF-1α siRNA轉(zhuǎn)染后垂體腺瘤AtT-20細(xì)胞中RSUME、HIF-1α mRNA和蛋白的表達(dá)

        2.3 RSUME siRNA轉(zhuǎn)染下調(diào)HIF-1α的蛋白表達(dá)RSUME siRNA轉(zhuǎn)染AtT-20細(xì)胞后,提取細(xì)胞總mRNA及蛋白,運(yùn)用實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測,結(jié)果行單因素方差分析及SNK法:與空白對照組及NC組相比,RSUME siRNA轉(zhuǎn)染組的mRNA水平明顯下降(F=80.435,P<0.001),HIF-1α mRNA的表達(dá)水平三組之間無明顯變化(F=2.839,P=0.136);蛋白質(zhì)印跡法檢測結(jié)果顯示:與未轉(zhuǎn)染對照組及NC組相比,RSUME siRNA轉(zhuǎn)染組的蛋白水平明顯下降(F= 63.929,P<0.001),HIF-1α蛋白的表達(dá)水平也隨著相應(yīng)下降(F=96.345,P<0.001)。見圖3、表3。

        2.4 RSUME siRNA轉(zhuǎn)染后抑制垂體腺瘤AtT-20細(xì)胞的侵襲 Transwell侵襲實(shí)驗(yàn)后收集下室細(xì)胞,行MTT法檢測侵襲細(xì)胞數(shù)量,測得OD值分別為:未轉(zhuǎn)染對照組(0.395±0.049),siRNA陰性對照組(0.385±0.058),RSUME siRNA轉(zhuǎn)染組0.293± 0.061。RSUME siRNA轉(zhuǎn)染組對AtT-20細(xì)胞侵襲的抑制與空白對照組及NC組不全相等(F=67.023,P<0.001),進(jìn)一步行SNK法檢驗(yàn)示,siRNA轉(zhuǎn)染組的光密度值與空白對照組及NC組相比具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,其侵襲抑制率(26.2%±8.4%)。

        3 討論

        垂體腺瘤約占顱內(nèi)腫瘤的10%~15%[2],其侵襲能力是患者預(yù)后的主要因素。約有35%垂體腺瘤能對周圍組織結(jié)構(gòu)侵襲被定義為侵襲性垂體腺瘤[2],目前垂體腺瘤的生長及侵襲的分子機(jī)制尚不清楚。關(guān)于垂體腺瘤的研究中,認(rèn)為HIF-1的高表達(dá)為垂體腺瘤侵襲的重要因素。HIF-1是一種主要由分子量120kD的HIF-1α和分子量91~94 kD的HIF-1β兩個(gè)亞基組成的異源性二聚體,其中HIF-1α是其主要的活性單位[3]。缺氧能誘導(dǎo)HIF-1α的表達(dá),并且HIF-1α能通過調(diào)節(jié)多種基因的表達(dá),參與腫瘤生成及侵襲的作用。眾所周知,缺氧是腫瘤生長的基本特征,腫瘤的快速生長會(huì)導(dǎo)致腫瘤內(nèi)部缺血缺氧,同時(shí)HIF-1α的表達(dá)也隨之升高。本研究通過應(yīng)用CoCl2模擬缺氧環(huán)境進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示缺氧可誘導(dǎo)HIF-1α的表達(dá)。隨著腫瘤侵襲的增加,為保持腫瘤血供,腫瘤血管生存的能力將極大提高,而HIF-1α的靶因子血管內(nèi)皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGF-A)是該過程主要的調(diào)控因子[4]。然而正常氧濃度下HIF-1α很快會(huì)被細(xì)胞內(nèi)的氧依賴性泛素蛋白酶結(jié)合,通過作用其泛素位點(diǎn)Lys391和Lys477,降解HIF-1α蛋白[5]。

        圖3 RSUME siRNA轉(zhuǎn)染后AtT-20細(xì)胞中RSUME、HIF-1α的蛋白表達(dá)水平,1:空白對照組;2:陰性對照組;3:siRNA轉(zhuǎn)染組

        表3 RSUME siRNA轉(zhuǎn)染后垂體腺瘤AtT-20細(xì)胞中RSUME、HIF-1α mRNA及蛋白的表達(dá)

        小泛素化相關(guān)因子1(small ubiquitin related modifiers-1,SUMO-1)擁有與泛素分子相似的結(jié)構(gòu),能競爭性結(jié)合HIF-1α泛素化位點(diǎn),競爭性抑制泛素化阻斷蛋白質(zhì)的泛素化-蛋白酶體降解途徑,增加HIF-1α的穩(wěn)定性[6]。SUMO化及作用首先需被E1激活酶激活,再轉(zhuǎn)至E2結(jié)合酶,通過E3連接酶使SUMO羧基末端與HIF-1α的Lys殘基通過異肽鏈連接,從而使HIF-1α SUMO化,穩(wěn)定HIF-1α的作用[7]。但是SUMO化所需底物大部分都在細(xì)胞核內(nèi),RSUME可表達(dá)與SUMO的E2結(jié)合酶結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)蛋白,幫助SUMO-1與HIF-1α的泛素化位點(diǎn)結(jié)合,形成底物的SUMO化[8],而缺氧誘導(dǎo)能進(jìn)一步誘導(dǎo)SUMO化的作用,由此可見缺氧為垂體腺瘤侵襲的重要因素之一。因此我們在此推測缺氧是否為RSUME的誘導(dǎo)因素?本研究通過模擬體外缺氧環(huán)境,結(jié)果顯示RSUME mRNA及蛋白的表達(dá)水平明顯升高,證實(shí)缺氧為RSUME的誘導(dǎo)因素之一。

        同時(shí)缺氧調(diào)控HIF-1α激活的分子機(jī)制中,部分學(xué)者認(rèn)為HIF-1α在轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行調(diào)控[9],部分學(xué)者認(rèn)為HIF-1α在轉(zhuǎn)錄時(shí)進(jìn)行調(diào)控[10]。在氯化鈷模擬體外缺氧環(huán)境的實(shí)驗(yàn)中,我們發(fā)現(xiàn):缺氧環(huán)境狀態(tài)下的HIF-1α mRNA表達(dá)水平相對穩(wěn)定,而蛋白水平卻明顯升高,這個(gè)結(jié)果與Kuiper學(xué)者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,證明缺氧調(diào)控HIF-1α發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后。然而RSUME和HIF-1α之間的相互作用機(jī)制尚不清楚。

        為了闡明垂體腺瘤中RSUME對HIF-1α的調(diào)控作用,本研究繼續(xù)通過運(yùn)用siRNA下調(diào)RSUME和HIF-1α的表達(dá),結(jié)果顯示通過抑制HIF-1α的表達(dá),RSUME無論在mRNA的表達(dá)水平,還是在蛋白的表達(dá)水平上均未見明顯改變。但當(dāng)運(yùn)用siRNA抑制RSUME表達(dá),HIF-1α的mRNA表達(dá)水平無明顯改變,但HIF-1α蛋白的表達(dá)水平明顯下降。由此可見,RSUME可調(diào)節(jié)HIF-1α的表達(dá)影響垂體腺瘤的生長及侵襲,同時(shí)進(jìn)一步證明RSUME在垂體腺瘤中對HIF-1α蛋白表達(dá)的影響主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后。

        RSUME最先由Carbia-Nagashima等[11]發(fā)現(xiàn),并在小腦、垂體、心、腎、肝、胃、胰腺、前列腺和脾中檢測出有較高的表達(dá)。Carbia-Nagashima等[14]曾提出,RSUME可成為腫瘤治療新的靶點(diǎn),但未進(jìn)行相關(guān)研究。本研究通過siRNA抑制RSUME的表達(dá),檢測垂體腺瘤細(xì)胞的侵襲能力,結(jié)果顯示:RSUME siRNA轉(zhuǎn)染的AtT-20細(xì)胞的侵襲能力有所抑制,侵襲抑制率(%)=26.2%±8.4%。

        垂體腺瘤的侵襲受多方面因素的影響,缺氧導(dǎo)致新生血管的形成為垂體腺瘤侵襲的主要因素,而HIF-1α在此過程尤其重要。然而HIF-1α僅僅為腫瘤侵襲過程中重要因素之一,因此垂體腺瘤的基因治療需要進(jìn)一步了解其作用機(jī)制,本研究證明RSUME可通過穩(wěn)定HIF-1α的表達(dá),進(jìn)一步促進(jìn)垂體腺瘤血管新生,影響腫瘤侵襲性。

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        R651

        A

        2015-01-25)

        (責(zé)任編輯:甘章平)

        10.3936/j.issn.1002-0152.2015.06.009

        ☆ 江西省自然科學(xué)基金(20142BAB205032);江西省教育廳科學(xué)基金(編號(hào):GJJ14064);江西省科技廳科技支撐計(jì)劃(編號(hào):20133BBG70072);國家自然科學(xué)基金(編號(hào):30760258)

        * 南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)外科(南昌330006)

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