TEDC2基因对肺腺癌预后和放射敏感性的影响及其机制研究

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目的:肺癌是在世界范围内被普遍诊断的癌症,肺癌相关的死亡率和发病率在中国每年都在上升[1]。尽管目前除了手术、放化疗等常规的治疗手段,对于肺腺癌已经应用分子诊断和靶向药物等综合治疗手段,肺腺癌患者预后仍然很差,五年生存率仅约为15%[2]。目前虽有一些能够预测肺腺癌预后的标志物,然而由于生物的多样性及个体的差异,相同病理分型的患者仍可能拥有不同的预后,影响肺腺癌预后的机制仍有很多空间亟待探索。影响肺腺癌预后的因素和生物标志物一直是肺癌研究的主要方向之一。揭示影响肺腺癌预后的标志物不仅能帮我们更好的预测患者的生存率,还能为肺腺癌的精准治疗及个体化治疗提供新思路、新方向。放射治疗在肺腺癌的治疗中起着关键的作用,是肺腺癌标准治疗的一部分,早期或寡转移性病变可用立体定向放射治疗,局部晚期III期肺腺癌将接受胸部局部放疗和全身化疗[3]。放射敏感性是影响肺腺癌放射治疗疗效的主要原因之一。肿瘤对放射治疗的抵抗是一种常见现象,其机制尚不完全清楚。同时在治疗中受限于对正常组织的保护,不能过多的提高放射剂量。如何克服肿瘤的放射抗性,提高放射敏感性,最大限度的杀伤肿瘤细胞,是目前放射治疗的一个主要研究方向。TEDC2基因原名C16ORF59,其中ORF指开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)从起始密码子开始,一段无终止密码子打断的DNA碱基序列,具有编码蛋白质的能力。TEDC2基因包含10个外显子,6个转录本,编码蛋白tedc2。但目前tedc2蛋白的作用研究甚少。2018年David等学者发现tedc2与tedc1、ε-微管蛋白和δ-微管蛋白共同组成四聚体,对维持中心粒的稳定性有一定作用,是原纤毛的重要组成成分[4]。HUGO基因命名委员会遂正式将其更名为TEDC2(tubulin epsilon and delta complex 2)。然而该基因在体细胞及肿瘤细胞中的具体生物学功能仍待进一步研究。本研究中通过生物信息学分析发现影响肺腺癌预后的258个关键基因,其中包括TEDC2,然而其是否真的对肺腺癌的预后有影响,能否成为评估肺腺癌预后的一个新指标还需进一步的研究。同时为探究TEDC2对肺腺癌预后及放射敏感性的可能生物学作用机制,我们进行了以下研究。研究方法:1、下载TCGA数据库中肺腺癌患者的基因表达及临床资料数据,采用R软件对数据进行分析,分析TEDC2的表达水平并判断其与肺腺癌患者临床病理参数、生存预后的相关性。2、收集肺腺癌患者手术标本(肺腺癌组织和配对正常肺组织)及相关临床资料。采用real time PCR以及Western blot实验检测TEDC2在肺腺癌组织和配对正常肺组织中m RNA和蛋白的表达差异情况。免疫组化方法检测手术患者肺腺癌组织和配对正常肺组织中蛋白差异情况分析其与患者临床病理参数、生存预后的相关性。3、体外培养人肺腺癌细胞系A549、H1299,通过慢病毒转染入过表达TEDC2RNA及沉默干扰TEDC2 sh RNA,经嘌呤霉素(puromycin,PM)筛选获得稳定转染过表达TEDC2的细胞和沉默TEDC2的细胞。采用荧光显微镜、real-time PCR及Western blot检测转染效率;采用CCK-8实验评估TEDC2对细胞活性的影响;采用克隆形成实验计算不同转染组细胞在不同照射剂量下克隆形成率,利用多靶单击模型绘制细胞存活曲线,计算放射生物指标:D0、Dq、SF2、k、N等以评估过表达及沉默干扰TEDC2对细胞放射敏感性的影响;应用流式PI单染色分析TEDC2细胞周期分布的影响;采用流式双染分析TEDC2对细胞凋亡的影响。4、通过软件预测TEDC2上游转录因子为SP1。构建SP1野生型、突变型质粒及TEDC2上游启动子表达质粒,通过双荧光素酶报告基因检测实验,验证SP1作为上游转录因子启动TEDC2的表达。5、应用蛋白质谱标记技术(Tandem Mass Tags,TMT)检测过表达TEDC2的稳转A549细胞和过表达对照组A549细胞蛋白的相对含量。统计分析差异蛋白;对筛选到的差异蛋白进行GO分析得到每个蛋白的功能注释信息;使用KEGG数据库,对鉴定到的蛋白质在生物通路(Pathway)层面的信息进行注释。6、使用Graph Pad Prism5及SP SS 22.0软件进行数据统计分析。所有实验数据以Mean±SD形式呈现,均由至少三次独立实验得来。数据符合正态分布,使用t检验(Student’s t test)进行组间差异比较;使用单因素方差分析(one-way ANOVA)进行同组内不同时间点/剂量时的比较。当P<0.05时差异被认为具有统计学意义。结果:1、TCGA数据库中肺腺癌患者TEDC2 m RNA表达水平与患者预后相关TCGA数据库收集504例肺腺癌患者数据分析后显示肺腺癌中TEDC2 m RNA表达量高于癌旁组织中表达量(TEDC2:log FC=3.538177,P=9.69E-76)。肺腺癌中TEDC2 m RNA高表达组生存率低,低表达组生存率高(P=0.00085),表明TEDC2基因高表达与肺腺癌预后呈负相关。肺腺癌患者的临床分期、T、N、M分期以及TEDC2 m RNA表达量与预后相关(P<0.05),结果显示临床分期与TEDC2 m RNA表达量是肺腺癌的独立预后因素(P<0.05),临床分期及TEDC2 m RNA表达量的相对危险度分别为2.433及1.441,表明TEDC2高表达组患者死亡风险是低表达患者的1.441倍,临床分期III、IV期的患者死亡风险是临床分期I、II患者的2.433倍。2、LUAD组织标本中TEDC2 m RNA及蛋白表达水平高于正常肺组织real time PCR方法检测28对肺腺癌组织和配对正常肺组织中TEDC2 m RNA的差异表达情况,结果显示TEDC2 m RNA在肺腺癌组织中显著升高(P=0.0001),TEDC2 m RNA在肺腺癌组织中表达量约是癌旁组织的23.99±5.570倍。Western blot结果显示,28对配对肺腺癌组织中tedc2蛋白表达量明显高于正常肺组织,差异有统计学意义(P<0.001)。(肺腺癌组织中tedc2蛋白相对于actin表达量:0.7260±0.04170;正常肺组织:0.2727±0.03822)3、LUAD组织中TEDC2表达水平与患者预后相关93例肺腺癌手术标本中TEDC2表达高低与患者临床病理参数相关性的分析结果显示:TEDC2蛋白表达高低情况与患者肿瘤大小、临床分期、T分期具有相关性(P<0.05)。K-M法计算生存分析发现TEDC2低表达患者的中位生存时间明显延长,5年生存率显著升高,即TEDC2蛋白低表达患者较TEDC2高表达的患者预后好(P<0.05)。采用Cox比例风险回归模型分析显示肺腺癌患者临床分期和TEDC2表达高低水平与肺腺癌患者预后相关(P<0.05),TEDC2表达高低情况是肺腺癌患者的独立预后因素(P<0.05),TEDC2影响预后的相对危险度为1.768倍。4、上调TEDC2表达增强LUAD细胞的增殖能力,下调TEDC2表达抑制LUAD细胞的增殖能力通过cck-8实验显示,相比于未上调TEDC2表达的细胞,TEDC2过表达的细胞增殖能力提高,有统计学差异(P<0.05),下调TEDC2表达可以显著抑制细胞的增殖能力,有统计学差异(P<0.05)。5、上调TEDC 2表达降低LUAD细胞的放射敏感性,下调TEDC 2表达增强LUAD细胞的放射敏感性克隆形成实验可见细胞经不同剂量射线照射后,过表达TEDC2的细胞存活率高于沉默TEDC2表达的细胞(P<0.05)。比较各组细胞存活曲线及相关放射生物学参数可发现,下调TEDC2表达的细胞SF2明显减低,并且Dq也明显减低,SER提高(P<0.05),此结果显示下调TEDC2表达水平的细胞的放射敏感性明显增强。反之,上调TEDC 2表达增强LUAD细胞的放射抵抗性。6、TEDC2表达影响细胞周期分布通过流式细胞技术分析发现,TEDC2高表达使G1期细胞比例减少,S期细胞比例增加,G2/M期无明显变化,低表达使G1期细胞增多,S期细胞减少,G2/M期细胞增加(P<0.05)。7、上调TEDC2表达可以减少LUAD细胞凋亡,下调TEDC2表达可以增加LUAD细胞凋亡流式细胞技术检测凋亡结果显示,上调TEDC2表达的LUAD细胞凋亡率明显降低,下调TEDC2表达的LUAD细胞凋亡率明显升高。有统计学差异(P<0.05)。8、TEDC2可能通过影响纤毛/微管稳定性、细胞周期等细胞功能及Hh、P53、Wnt等多条信号通路影响放射敏感性通过蛋白质谱分析结果,发现TEDC2过表达后差异蛋白主要富集于纤毛/微管稳定性、细胞周期等细胞功能上。同时差异蛋白主要富集于P53、Wnt等多条信号通路,进而影响LUAD细胞的放射敏感性。结论:1、LUAD患者组织中TEDC2 m RNA及蛋白表达水平高于正常肺组织TEDC2表达情况。2、TEDC2与LUAD患者预后呈负相关,TEDC2高表达者的预后差,TEDC2低表达者的预后好,TEDC2表达情况可能是LUAD患者的独立预后因素。3、过表达TEDC2增强细胞增殖能力,减少细胞凋亡,增加S期细胞比例,减低G1期细胞比例,增加了LUAD细胞系的放射抵抗性。沉默TEDC2减低细胞增殖能力,增加细胞凋亡,减少S期细胞比例,增多G1期及G2/M期细胞比例,提高了LUAD细胞系的放射敏感性。4、TEDC2可能通过调控LUAD细胞中纤毛功能、中心粒稳定性、Hh信号通路及其他多条信号通路从而改变肿瘤细胞放射敏感性
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