BRAF基因突变对结直肠癌CpG岛甲基化及细胞增殖、凋亡的影响

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在全球范围内,结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)的发病率和死亡率分别排第三位和第二位,且死亡率不断上升。BRAF基因位于MAPK信号通路RAS基因的下游,其突变90%以上表现为15号外显子第600位密码子突变(V600E)即BRAFV600E突变,且临床预后较差。表观遗传学是指在不改变核苷酸序列的情况下,通过基因甲基化、乙酰化、泛素化引起基因可遗传性变化的一门学科。而CpG岛甲基化是重要的表观遗传学事件之一。基因组中抑癌基因启动子区CpG岛序列广泛地发生甲基化,导致部分基因功能失活的状态被称为CpG岛甲基化表型,简称CIMP。为了探究BRAF基因突变与CIMP的相关性,本课题采用方便抽样方法收集了148例结直肠癌手术切除或活检样本,采用二代测序技术检测BRAF基因突变情况,利用基于荧光定量PCR技术的Methylight法检测结直肠癌组织的CIMP状态,采用χ2检验对结果进行统计学分析。结果显示,样本BRAF基因突变状态与CIMP表型的相关性具有统计学意义(P<0.05)。提示结直肠癌患者中,BRAF突变状态与CIMP表型相关,BRAF突变多表现为CIMP-H。为了探究BRAF基因突变和CIMP相关的分子病理机制,用方便抽样法和典型抽样法收集结直肠癌样本130例,使用q PCR方法检测了BRAF、MEK、ERK、DNMT1和DNMT3A m RNA的表达。采用双变量回归方法对结果进行统计学分析。结果显示,BRAF、MEK、ERK分别与DNMT1、DNMT3A呈正相关(P<0.05)。提示BRAF突变和CIMP-H间的相关性有可能通过MAPK通路影响到DNMT1和DNMT3A进而影响到CIMP。为了探究BRAF基因突变和特定CIMP表型关系,探究BRAF基因突变和CIMP-H的关系。选取BRAF突变/CIMP-H和BRAF野生/CIMP-H两组,采用q PCR检测BRAF、MEK、ERK、DNMT1和DNMT3A m RNA的表达,同时使用免疫组织化学技术检测BRAF、MEK、ERK、DNMT1和DNMT3A的蛋白表达,观察两组间表达差异。采用t检验方法对结果进行统计学分析。结果显示,在分子水平上,BRAF突变/CIMP-H组表现出较低BRAF、MEK、DNMT1和DNMT3A的表达(P<0.05);在蛋白水平上,BRAF突变/CIMP-H组BRAFV600E突变蛋白为阳性,BRAF野生/CIMP-H组BRAFV600E突变蛋白为阴性,与基因突变检测一致;BRAF突变/CIMP-H组MEK、DNMT1和DNMT3A蛋白表达水平降低(P<0.05)。提示BRAF基因突变和CIMP-H在结直肠癌发生发展中具有协同作用,可能是锯齿状腺瘤癌变发生的主要驱动因素。为了探究BRAF基因突变在结直肠癌发生发展中的作用机制,通过脂质体转染技术在BRAF野生型的结直肠癌细胞系SW480中分别转染BRAFV600E突变质粒和空载质粒,实验组为BRAFV600E突变质粒组,对照组分别为空载质粒阴性对照组和SW480空白对照组;进而通过si RNA技术瞬时沉默BRAFV600E突变型的结直肠癌细胞系HT29的BRAF基因,实验组为si BRAF组,对照组分别为NCsi RNA阴性对照组和HT29空白对照组。使用Methylight法检测各组细胞CIMP8个指标的甲基化水平;q PCR检测BRAF、MEK、ERK、DNMT1和DNMT3A m RNA的表达;免疫细胞化学技术检测BRAFV600E突变蛋白和MEK、ERK、DNMT1和DNMT3A蛋白的表达;CCK8实验检测细胞增殖能力;TUNEL实验检测细胞凋亡情况;Transwell实验检测细胞迁移能力。采用t检验方法对结果进行统计学分析。结果显示,SW480细胞过表达BRAFV600E突变质粒的实验组与两个对照组相比CACNA1G、NEUROG1和CRABP1 3个基因的甲基化水平明显升高(P<0.05);DNMT1的表达量明显下降(P<0.05),DNMA3A的表达量升高(P<0.05);细胞增殖能力增强(P<0.05);凋亡能力减弱(P<0.05)。HT29细胞沉默BRAF基因的实验组和两个对照组相比较发现CACNA1G、NEUROG1、CRABP1、MLH1和SOCS1 5个基因的甲基化水平明显降低(P<0.05);DNMT1的表达量上升(P<0.05),DNMT3A的表达量降低(P<0.05);细胞增殖能力减弱(P<0.05);凋亡能力增强(P<0.05)。提示BRAF基因突变可使结直肠癌细胞CIMP相关基因CpG岛甲基化水平升高,细胞增殖能力增强、凋亡能力减弱。综上,本课题从结直肠癌样本中发现BRAF突变多伴有CIMP-H;基于荧光定量和免疫组化平台,从m RNA和蛋白水平上推测,BRAF突变和CIMP-H之间的联系可能通过MEK、ERK、DNMT1和DNMT3A相互作用实现,同时,认为BRAF突变和CIMP-H在诱导肿瘤的形成过程中起协同作用。在不同BRAF基因状态结直肠癌细胞中探究了BRAF基因表达与CIMP及MAPK通路相关基因的相互关系,发现BRAF基因突变可通过调控DNMT1和DNMT3A基因和蛋白的表达影响CIMP相关基因的甲基化水平,同时会增加细胞的增殖能力,降低细胞的凋亡能力,但未发现BRAF基因突变对CIMP整体状态的显著影响。
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