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肝癌是一类恶性程度极高、预后极差的恶性肿瘤,是我国最常见而且死亡率最高的肿瘤之一。肝癌的发生发展涉及多种信号通路以及大量相关基因表达和功能的改变。本文研究了转化生长因子TGF-β信号途径相关非编码微小RNA(microRNA,miRNA)在肝癌发生发展中的功能及其分子作用机制。
首先,我们采用miRNA芯片发现了一系列可能参与肝癌细胞中TGF-β信号网络的miRNA,并深入研究了其中几个miRNA及其在肝癌发生发展中的作用。我们发现miRNA簇miR-23a~27a~24受TGF-β显著诱导,利用RNA干扰技术抑制Smad2、Smad3和Smad4表达可减弱TGF-β诱导这个miRNA簇的表达,表明该诱导作用是依赖Smad途径。体外初步证实miR-23a~27a~24具有促进肝癌细胞增殖以及抑制凋亡的功能,可削弱TGF-β介导的抑癌作用。应用定量PCR检测到该miRNA簇在肝癌中比正常肝组织显著上调。该结果揭示了肝癌细胞逃脱TGF-β抗癌作用的一种可能的新机制,即TGF-β可通过上调特异miRNA表达,而拮抗其抑制肿瘤的作用。
通过生物信息分析发现miR-23a,miR-27a和miR-21可靶向抑癌基因Sprouty2的表达。荧光素酶报告载体和免疫印迹实验证实Sprouty2基因是miR-27a和miR-21的靶基因,而且这两个miRNA具有促进肝癌细胞增殖和侵袭的功能,在肝癌组织中过表达,并与Sprouty2的蛋白表达呈明显负相关。该结果阐明高表达的miRNA-miR-27a和miR-21是导致Sprouty2基因在肝癌中低表达的一种潜在机制。
进一步,我们研究了另一个受TGF-β诱导的miRNA-miR-181a。我们发现miR-181a在肝癌组织中的表达比正常肝组织高50-100倍,而且与肝内转移正相关。体外实验,初步证实过表达miR-181a可促进肝癌细胞的侵袭能力。
此外,我们意外发现miR-181a可靶向锌指基因的编码区。通过生物信息发现这些锌指基因编码区含有多个与miR-181a种子序列匹配的位点,而且与种子序列8mer匹配的位点大多落在C2H2结构域内。通过报告载体实验,证实了这种靶向作用,并推测可能与多个靶位点以及锌指基因翻译效率低相关。我们还发现含有miR-181a种子序列的siRNA也可靶向锌指基因的编码区,给siRNA的脱靶机制提供了一个合理的解释。
综上所述,我们的实验揭示了miRNA可参与TGF-β信号通路在肝癌细胞中的生物学功能,并阐明了其初步作用机制,拓宽了TGF-β信号的调控网络,即除了可调控蛋白编码基因外,还可通过调节非编码基因-miRNA发挥功能。同时,我们还发现miRNA可作用于基因家族的编码区,靶向特定的结构域,为研究miRNA下游靶基因及调控机制提供了新的视野。