MiR-9在胶质瘤恶性行为中的作用及其机制的研究

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【背景】胶质瘤是最常见的原发性中枢神经系统肿瘤。根据胶质瘤组织病理学特点和临床标准,世界卫生组织(WHO)将其分为I-IV级。I级胶质瘤在儿童多发,且一般认为I级胶质瘤为良性肿瘤,可通过手术切除治愈,很少发生恶性进展;相比之下II、III级胶质瘤具有一定侵袭性且恶性程度更高,预后较差;恶性程度最高且预后最差的是IV级胶质母细胞瘤(Glioblastoma multiforme,GBM),根据其是否由低级别胶质瘤进展而来,可将其分为原发性胶质母细胞瘤和继发性胶质母细胞瘤。MicroRNAs(miRNA)为普遍存在于动植物体内的内源性小片段非编码RNA分子,可通过与多个靶基因信使RNA(mRNA)结合从而调控基因的表达。miRNAs在进化中高度保守性,提示其可能在生命功能的诸多方面发挥重要作用。与肿瘤相关的miRNAs可根据其对肿瘤发生发展的调节作用,分为促癌miRNAs和抑癌miRNAs。目前的研究主要集中于挖掘与正常组织或细胞系相比,肿瘤中miRNAs的差异表达,进而研究其功能及寻找下游调控靶基因。已有大量研究表明miRNAs在包括胶质瘤在内的肿瘤中发生差异表达,这些miRNAs在肿瘤的发生和进展中发挥重要作用。MiR-9在动植物中高度保守,且已被证实在多种肿瘤的发生与发展中发挥了重要作用。然而,其在胶质瘤中的功能却不明确。MiR-9在胶质瘤中的表达有何特点?其异常表达对肿瘤的发生发展有何影响?MiR-9又是通过调节哪些重要靶基因来影响胶质瘤的进展过程?在胶质瘤中miR-9异常表达的机制是什么?上述问题的研究将有助于探索胶质瘤的恶性行为机制,探究将miR-9作为治疗靶点的可行性,为胶质瘤的临床治疗提供了新策略。【目的】探究胶质瘤临床样本及其胶质瘤细胞系中miR-9的表达情况;研究miR-9在胶质瘤恶性进展中的生物学作用;寻找及鉴定miR-9调节的功能相关靶基因;寻找调控miR-9的转录因子和表观遗传学调节因素,为胶质瘤的预防、早期诊断以及治疗靶点选择提供新的理论依据。【方法】1.通过qRT-PCR检测临床组织样本和胶质瘤细胞系中miR-9的表达水平;2.体外A172细胞转染miR-9mimic和U251细胞转染miR-9inhibitor分别上调和下调miR-9的表达,通过MTT实验、流式细胞术、划痕实验、Transwell实验、血管生成实验和粘附实验分析miR-9对胶质瘤细胞多种生物学行为的影响;3、运用生物信息学分析软件预测miR-9潜在的功能靶基因,分子克隆技术将预测靶基因3’UTR结合区域连接至PGL3报告基因质粒;4、利用荧光素酶报告基因实验鉴定miR-9直接调控靶基因,并用qRT-PCR、Western blot和ELISA实验在mRNA和蛋白水平上进行验证;5、利用生物信息学网站预测对miR-9调节的转录因子及H3K27组蛋白甲基化,qRT-PCR检测转录因子与H3K27组蛋白甲基化状态;6.采用siRNA干扰技术和瞬时转染过表达质粒下调/上调转录因子和组蛋白去甲基化酶,分析miR-9的表达情况。【结果】1.qRT-PCR分析结果显示,与正常脑组织相比,在胶质瘤组织样本中miR-9的表达水平增高;与正常胶质细胞HEB相比,miR-9在胶质瘤细胞系中均高表达,其中在胶质瘤细胞A172中相对表达较低,在U251细胞系中表达较高;与正常肠上皮细胞相比,miR-9在结直肠癌中表达较高;而与正常肾上皮细胞相比,在肾癌中miR-9呈现低表达,表明miR-9的表达具有组织特异性;2.A172细胞转染mimic后可有效上调miR-9的表达水平,MTT结果显示miR-9促进胶质瘤细胞增殖能力,细胞周期分析过表达miR-9组细胞进入S期细胞增多,G1期细胞数减少;上调miR-9表达后,A172胶质瘤细胞迁移和侵袭细胞数明显增高,过表达miR-9组条件培养基培养内皮细胞HUVEC,增强了HUVEC细胞体外成管能力;而同时对U251细胞系转染inhibitor后,细胞增殖能力下降、细胞周期S期细胞数量显著减少,G1期细胞增多,Transwell结果可见下调miR-9组穿过小室细胞数量明显减少,条件培养液培养HUVEC细胞,成管能力显著减弱;3.外源转染miR-9mimic可显著提高HUVEC细胞miR-9的表达水平,Transwell结果显示过表达miR-9组较多细胞穿至小室膜下,过表达miR-9HUVEC细胞成管数量相比NC组显著增多;且miR-9组内皮细胞粘附力增强;4.生物信息学预测提示,THBS2、COL18A1、PTCH1和PHD3可能为潜在miR-9的下游靶基因,从而影响胶质瘤增殖能力、迁移和侵袭、血管生成等生物学行为;5.qRT-PCR、Western blot、ELISA和荧光素酶报告基因实验进一步证实THBS2、COL18A1、PTCH1和PHD3确实为miR-9直接调控的下游靶基因;6、胶质瘤细胞A172中过表达C-MYC后,qRT-PCR分析发现miR-9表达增高;在U251细胞中应用siRNA技术下调C-MYC后,miR-9表达下调,且均主要影响miR-9-2的表达;7、在胶质瘤细胞A172中瞬时上调OCT4的表达,qRT-PCR结果显示miR-9表达上调,而且siRNA干扰U251细胞中OCT4的表达,miR-9表达下调,但是主要调节miR-9-1/3的表达;8.在胶质瘤细胞A172中过表达组蛋白去甲基化酶KDM6A/B,qRT-PCR结果显示miR-9的表达增高,而在U251中干扰KDM6A/B表达则miR-9表达呈现降低,均主要调节miR-9-2的表达。【结论】1. MiR-9在胶质瘤中高表达,且具有组织特异性;2. MiR-9促进胶质瘤细胞增殖能力,促进细胞周期进入S期,增强了胶质瘤细胞迁移和侵袭能力,促进胶质瘤血管生成;3. MiR-9增强内皮细胞迁移和侵袭能力,增强了血管生成能力和细胞粘附力;4.THBS2、COL18A1、PTCH1和PHD3为miR-9直接调控的下游靶基因;5. MiR-9的表达受转录因子C-MYC和OCT4调控;6.组蛋白H3K27的甲基化状态参与对miR-9的表达调控。
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