趙元茵, 頓國(guó)棟, 張 釗, 柳 鵬, 于 杰, Shiuan Chen, 李渝萍
(1.第三軍醫(yī)大學(xué) 生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室,重慶 400038;2.Beckman Research Institute, City of Hope, National Medical Center, Duarte, CA 91010)
凝溶膠蛋白(gelsolin,GSN)存在于多種類型的細(xì)胞和脊椎動(dòng)物中,是一種重要的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白[1]。多項(xiàng)研究已證實(shí)凝溶膠蛋白與炎癥、腫瘤、淀粉樣變性病等的病理過程有密切關(guān)系[2]。許多研究表明,在乳腺癌、結(jié)腸癌、膀胱癌、前列腺癌和肺癌中,凝溶膠蛋白表達(dá)下調(diào),是一種抑癌蛋白。Her2是人表皮生長(zhǎng)因子受體(human epidermal growth factor receptor, human EGFR)家族的成員,是由原癌基因Her2/neu,又稱為c-ErbB2,編碼的跨膜酪氨酸激酶受體,能通過其胞內(nèi)部分的酪氨酸殘基磷酸化而活化,進(jìn)而激活下游一系列信號(hào)分子,促進(jìn)細(xì)胞的增殖、遷移及侵襲。目前科學(xué)界普遍認(rèn)同Her2是乳腺癌治療中非常不利的獨(dú)立因素[3],其表達(dá)水平與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展有著重要的聯(lián)系。有報(bào)道指出在erbB-2(Her2/neu)和表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor, EGFR)過表達(dá)的乳腺癌亞型中,凝溶膠蛋白過表達(dá)與患者預(yù)后成負(fù)相關(guān)[4]。與此相似,在小細(xì)胞肺癌早期,有14%的病人凝溶膠蛋白高水平表達(dá),表明凝溶膠蛋白是一種顯著的負(fù)性預(yù)后因素[5]。
為進(jìn)一步理清GSN在erbB-2(Her2/neu)過表達(dá)乳腺癌中的作用及機(jī)制,我們以經(jīng)典的ERα高表達(dá)乳腺癌細(xì)胞株MCF7構(gòu)建的穩(wěn)定過表達(dá)Her2/neu的MCF7/Her2為親本細(xì)胞,構(gòu)建同時(shí)穩(wěn)定過表達(dá)GSN及Her2/neu的ERα陽(yáng)性乳腺癌細(xì)胞系MCF7/Her2/GSN,從細(xì)胞水平對(duì)GSN在ERα陽(yáng)性、Her2/neu過表達(dá)乳腺癌細(xì)胞中的作用進(jìn)行了探索。
1.1 細(xì)胞、質(zhì)粒載體、抗體及試劑(盒) MCF7細(xì)胞購(gòu)自ATCC細(xì)胞庫(kù);MCF7/Her2是以ERα高表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞株MCF7為親本細(xì)胞建立的穩(wěn)定過表達(dá)Her2的乳腺癌細(xì)胞系;載體pMG-H2質(zhì)粒由Dr. Shiuan Chen實(shí)驗(yàn)室提供。轉(zhuǎn)染試劑Lipotamine2000購(gòu)自Invitrogen公司。質(zhì)粒構(gòu)建所用StuI,Nhe 1及連接酶購(gòu)自New England Biolabs公司。穩(wěn)定表達(dá)篩選所用抗生素潮霉素(Hygromycin)購(gòu)自Roche試劑公司。細(xì)胞培養(yǎng)試劑及胎牛血清為Hyclone公司產(chǎn)品。實(shí)時(shí)定量RT-PCR試劑為Bio-Rad公司產(chǎn)品。抗GSN抗體,雌激素(E2)購(gòu)自Sigma公司,抗磷酸化ERK及總ERK的抗體購(gòu)自Cell Signaling公司,Beta-actin抗體購(gòu)自Santa Cruz試劑公司。細(xì)胞增殖分析試劑盒CellTiter 96?AQueous 單溶液檢測(cè)試劑盒來自Promega公司。細(xì)胞遷移及侵襲分析試劑盒Transwell 小室為BD公司預(yù)鋪Matrigel產(chǎn)品,孔徑8 μm。
1.2 穩(wěn)定轉(zhuǎn)染 轉(zhuǎn)染前24 h,用無抗生素的條件培養(yǎng)基稀釋重懸細(xì)胞后接種到細(xì)胞培養(yǎng)板,然后按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行轉(zhuǎn)染。轉(zhuǎn)染48 h后,計(jì)數(shù)并倍比稀釋轉(zhuǎn)移至6孔板內(nèi),換用含潮霉素(Hygromycin) 0.2 mg/mL 的培養(yǎng)基進(jìn)行3~4周篩選,至有單克隆長(zhǎng)出。挑選單克隆至48孔板內(nèi),逐漸擴(kuò)增至平行的3個(gè)6孔板,并分別按常規(guī)進(jìn)行細(xì)胞株保存、細(xì)胞RNA提取和蛋白質(zhì)提取。
1.3 實(shí)時(shí)定量RT-PCR 按照Invitrogen說明書,細(xì)胞總RNA用Trizol法進(jìn)行提取并以Nanodrop儀器定量。將提取后的RNA樣本0.5 μg/2 μL加入到20μL的SuperScript II 反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)體系(Invitrogen)中,按試劑盒條件進(jìn)行反應(yīng)。合成好的cDNA稀釋5倍,取5 μL(~25 ng)利用BioRad SYBR?Green Supermix系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR反應(yīng),系統(tǒng)體積為25 μL,含引物各10μM。使用BioRad 熒光定量PCR儀進(jìn)行擴(kuò)增。擴(kuò)增條件:95 ℃預(yù)變性3 min;95 ℃ 10 s;59 ℃ 30 s,40個(gè)循環(huán)。實(shí)時(shí)分析軟件計(jì)算每個(gè)樣本的循環(huán)閾值Ct,根據(jù)待檢樣本的Ct值,減去各組細(xì)胞β-actin表達(dá)水平的平均值計(jì)算ΔCt。
表1實(shí)時(shí)定量PCR分析的引物
引物名稱引物序列GSNForward5’-CCCTCAAAACAGCCTCTGAC-3’GSNReverse5’-GCGATATGGCTGGAAAGGTA-3’Her2Forward5’-AGACGAAGCATACGTGA-3’Her2Reverse5’-GTACGAGCCGCACATC-3’TIMP3Forward5’-CTTCCAAGAACGAGTGTCT-3’TIMP3Reverse5’-GGTCTGTGGCATTGATGA-3’β-actinForward5’-CACCAACTGGGACGACAT-3’β-actinReverse5’-GCACAGCCTGGATAGCAAC-3
1.4 Western Blot 培養(yǎng)的貼壁細(xì)胞經(jīng)預(yù)冷的1×PBS洗滌兩次,用潔凈的細(xì)胞刮子刮取貼壁細(xì)胞,并按常規(guī)方法以裂解液(Roche Co-IP試劑盒,含蛋白酶抑制劑)進(jìn)行裂解。離心后,棄沉淀,以考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定溶液蛋白濃度。以20 μg蛋白質(zhì)樣品進(jìn)行SDS-PAGE及Western Blot。抗GSN、p-ERK、Total-ERK濃度均為1:1000,抗β-actin一抗?jié)舛葹?:5000,4 ℃過夜孵育后,在二抗?jié)舛?:20000孵育,ECL法(Pierce)顯色,X光片于暗室曝光。
1.5 結(jié)晶紫染色及顯微照相分析 貼壁生長(zhǎng)的細(xì)胞去除培養(yǎng)基后,用冰冷的甲醇于室溫下固定15 min,然后以5%結(jié)晶紫(v/v)染色15 min,清水漂洗并干燥后,于倒置光學(xué)顯微鏡下觀察照相。
1.6 細(xì)胞增殖分析 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞消化計(jì)數(shù),將4500個(gè)細(xì)胞接種在96孔細(xì)胞板中,分別在第1、3、5天取板進(jìn)行細(xì)胞生長(zhǎng)情況分析。各孔中加入20 μL MTS(Promega,CellTiter 96?AQueous),37 ℃孵育2 h后,于490 nm測(cè)定各孔的光吸收。取3孔的平均值作圖,得到細(xì)胞生長(zhǎng)曲線。
1.7 Transwell遷移及侵襲分析 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞經(jīng)無血清培養(yǎng)基淋洗后,繼續(xù)以無血清培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h以避免細(xì)胞的增殖。進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)后,取300 μL含2.5×104個(gè)細(xì)胞的無血清培養(yǎng)基重懸細(xì)胞,制成細(xì)胞懸液注入Transwell上室,下室加入500 μL含10%胎牛血清的培養(yǎng)基進(jìn)行誘導(dǎo)遷移。40 h后,取出Transwell小室,用棉棒擦拭其濾膜的內(nèi)表面,以擦去未穿過濾膜的細(xì)胞和預(yù)鋪的Matrigel。將小室重懸于500 μL含5%結(jié)晶紫 (v/v)和20% (v/v)甲醇染色液的下室中染色30 min。清水洗凈的小室置于空中干燥。手術(shù)刀切下膜片后封片,劃分為6個(gè)象限,于顯微鏡下分別計(jì)數(shù)并求和總的紫色點(diǎn)數(shù)。根據(jù)設(shè)置的平行孔,計(jì)算其平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
2.1 Western Blot鑒定GSN穩(wěn)定過表達(dá)細(xì)胞系 在多個(gè)穩(wěn)定篩選的GSN轉(zhuǎn)染細(xì)胞克隆中,通過實(shí)時(shí)定量RT-PCR初篩檢測(cè)得知多個(gè)單克隆中GSN表達(dá)水平與載體轉(zhuǎn)染的對(duì)照細(xì)胞相比都明顯增加。挑選GSN mRNA高表達(dá)的細(xì)胞株進(jìn)一步通過提取細(xì)胞總蛋白進(jìn)行Western Blot檢測(cè),以β-actin作為上樣量標(biāo)化。圖1可見,3、10、11、17號(hào)克隆都有較高水平GSN的表達(dá)。選擇17號(hào)細(xì)胞命名為MCF7/Her2/GSN并進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)。載體質(zhì)粒構(gòu)建的穩(wěn)定細(xì)胞系命名為MCF7/Her2/V。
2.2 GSN過表達(dá)改變MCF7/Her2形態(tài)學(xué) 6孔板中于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的各組穩(wěn)定表達(dá)細(xì)胞經(jīng)甲醇固定、結(jié)晶紫染色并干燥后,于倒置光學(xué)顯微鏡下觀察可見,如圖2所示,相比于MCF7細(xì)胞,MCF7/Her2細(xì)胞形態(tài)梭形明顯,偽足更多。但當(dāng)細(xì)胞穩(wěn)定過表達(dá)GSN以后,與質(zhì)粒載體建立的對(duì)照細(xì)胞相比,MCF7/Her2/GSN細(xì)胞形態(tài)明顯更圓,偽足也明顯少于載體對(duì)照細(xì)胞系MCF7/Her2/V,大部分細(xì)胞從形態(tài)上來說更接近于MCF7細(xì)胞,說明GSN可以逆轉(zhuǎn)Her2過表達(dá)給細(xì)胞帶來的形態(tài)學(xué)變化。
注:提取6孔板中各編號(hào)細(xì)胞克隆的總蛋白,以相同的蛋白量以不同的抗體分別進(jìn)行Western Blot,顯色后經(jīng)X光片曝光;β-actin作為上樣對(duì)照。1.MCF-7/HER2;2.MCF-7/HER2/GSN-3;3.MCF-7/HER2/GSN-10;4.MCF-7/HER2/GSN-17;5.MCF-7/HER2/GSN-11;6.MCF-7/HER2/V-1#(載體對(duì)照細(xì)胞)。圖1 Western Blot 鑒定GSN穩(wěn)定過表達(dá)細(xì)胞系
注:不同組別的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞經(jīng)過固定和結(jié)晶紫染色在顯微鏡下觀察及照相(60X)。A:MCF7;B:MCF7/Her2;C:MCF7/Her2/N;D:MCF7/Her2/GSN。圖2 GSN過表達(dá)改變MCF-7/Her-2形態(tài)學(xué)
2.3 GSN過表達(dá)抑制MCF7/Her2細(xì)胞的增殖及遷移/侵襲能力 通過細(xì)胞生長(zhǎng)曲線分析,在第1、3、5天進(jìn)行MTS檢測(cè)的結(jié)果顯示(見圖3A),MCF7/Her2/GSN與空載體轉(zhuǎn)染的穩(wěn)定細(xì)胞MCF7/Her2/V和MCF7/Her2細(xì)胞相比,增殖能力明顯減弱。說明GSN具有抑制細(xì)胞增殖的作用。通過不同組細(xì)胞進(jìn)行Transwell小室分析結(jié)果顯示(見圖3B),經(jīng)過40 h的血清誘導(dǎo)后,MCF7/Her2/GSN與空載體轉(zhuǎn)染的穩(wěn)定細(xì)胞MCF7/Her2/V和MCF7/Her2細(xì)胞相比,過表達(dá)GSN的細(xì)胞遷移和增殖能力明顯減弱。說明GSN在本實(shí)驗(yàn)中,具有抑制細(xì)胞遷移及侵襲的作用。
注:A:不同組別的細(xì)胞在96孔板中培養(yǎng),并在固定天數(shù)取出,MTS分析,490 nM比色,確定活細(xì)胞相對(duì)數(shù)量。根據(jù)板中平行3組的不同細(xì)胞,計(jì)算平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。B:不同組別的細(xì)胞進(jìn)行遷移及侵襲分析。誘導(dǎo)遷移40 h,擦去上層未遷移細(xì)胞后,切膜封片,顯微鏡下分6象限計(jì)數(shù)全部紫色點(diǎn)數(shù)為遷移細(xì)胞。根據(jù)3組平行實(shí)驗(yàn)計(jì)算平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。圖3 GSN過表達(dá)抑制MCF7/Her2細(xì)胞的增殖及遷移/侵襲
2.4 GSN可以逆轉(zhuǎn)MCF7/Her2中由雌激素導(dǎo)致的ERK活化并上調(diào)TIMP3的表達(dá)水平 Western Blot顯示,當(dāng)MCF7/Her2細(xì)胞經(jīng)過48 h的無激素血清培養(yǎng)后,雌激素處理5~10 min,即可導(dǎo)致ERK的磷酸化增強(qiáng)(見圖4A第1組)。而GSN過表達(dá)后,與空載體轉(zhuǎn)染的對(duì)照細(xì)胞(第2組)相比,可以看到第3組細(xì)胞雌激素的處理并不能導(dǎo)致ERK磷酸化的增強(qiáng),說明GSN逆轉(zhuǎn)了細(xì)胞中雌激素這種活化ERK的作用。在圖4B中,通過在mRNA水平檢測(cè)細(xì)胞中TIMP3的表達(dá)(以actin進(jìn)行標(biāo)化),RT-PCR顯示,MCF7/Her2比MCF7中TIMP3表達(dá)水平低,符合Her2導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞侵襲能力增強(qiáng)的現(xiàn)象,但當(dāng)GSN在Her2過表達(dá)的MCF7細(xì)胞中高表達(dá)時(shí),我們可以看到細(xì)胞中TIMP3的水平顯著升高,甚至超過了MCF7的水平,說明GSN過表達(dá)可以上調(diào)TIMP3的表達(dá)。
注:A:提取各處理組細(xì)胞的總蛋白,相同的蛋白量以不同的抗體分別進(jìn)行Western Blot。灰度掃描后磷酸化ERK與總ERK的比值作為縱軸來說明ERK的活化程度。B:提取細(xì)胞總RNA,按常規(guī)實(shí)時(shí)定量RT-PCR方法分析TIMP3 mRNA的含量,以β-actin的表達(dá)水平標(biāo)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖4 GSN過表達(dá)逆轉(zhuǎn)MCF7/Her2細(xì)胞中雌激素導(dǎo)致的ERK活化并上調(diào)TIMP3的表達(dá)
2.5 GSN下調(diào)Her2的表達(dá)可能是其抑制細(xì)胞增殖和遷移/侵襲的原因 MCF7/Her2細(xì)胞瞬時(shí)轉(zhuǎn)染了GSN真核表達(dá)質(zhì)粒后,可見Her2表達(dá)水平下降(見圖5),在細(xì)胞經(jīng)雌激素處理的情況下,GSN下調(diào)Her2表達(dá)水平的現(xiàn)象更加明顯。
注:提取不同處理組細(xì)胞的總RNA,按常規(guī)實(shí)時(shí)定量RT-PCR方法分析Her2 mRNA的含量,以β-actin的表達(dá)水平標(biāo)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖5 GSN過表達(dá)下調(diào)Her2的表達(dá)
乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一,多數(shù)乳腺癌是一種雌激素(Estrogen,E)依賴性腫瘤,在其發(fā)生發(fā)展的進(jìn)程中,雌激素作為配體與雌激素受體(Estrogen receptor,ER),特別是ERα發(fā)生相互作用[6],通過啟動(dòng)靶基因的轉(zhuǎn)錄,從而刺激腫瘤細(xì)胞的增殖[7-8]。
過度表達(dá)的Her2可直接活化多種信號(hào)分子,或通過“串話”(cross-talk)導(dǎo)致ERα或其他核受體及其共激活因子活化[9]。所以ERα和Her2之間以一種非常復(fù)雜的關(guān)系相互影響并作用于乳腺癌細(xì)胞。
有大量研究表明凝溶膠蛋白(GSN)具有廣泛的抑癌活性,多種腫瘤的研究都提示低GSN水平是腫瘤的不利因素,但具體的機(jī)制仍未完全明了[1, 4]。最近有報(bào)道指出,GSN如果被抑癌蛋白Nm23-h1結(jié)合,則其與肌動(dòng)蛋白相互作用,促進(jìn)細(xì)胞遷移運(yùn)動(dòng)的活性被阻止[10]。
關(guān)于GSN在乳腺癌中的研究也不少,大部分支持其在腫瘤中具有抑癌活性,用siRNA敲低GSN的表達(dá)可導(dǎo)致正常乳腺上皮細(xì)胞MCF10A出現(xiàn)近似癌細(xì)胞的改變[11]。也有個(gè)別研究認(rèn)為高水平的GSN是不良的預(yù)后指標(biāo)[4-5]。近年有多篇報(bào)道指出,GSN可以作為雄激素受體(Androgen receptor, AR)、糖皮質(zhì)激素受體(Glucocorticoid receptor, GR)和甲狀腺素受體(Thyroid receptor, TR)的共激活因子[12-13],通過與這些核受體(nuclear receptor,NR)的作用活化它們的轉(zhuǎn)錄功能。由此可知,GSN不但在胞漿有重要功能,也可在細(xì)胞核發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性。
從本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到,高表達(dá)GSN可抑制ERα、Her2高表達(dá)乳腺癌細(xì)胞的增殖和遷移/侵襲(見圖3A, B),其對(duì)細(xì)胞形態(tài)的影響也與這一結(jié)果相一致(見圖2)。進(jìn)一步進(jìn)行機(jī)制研究發(fā)現(xiàn),高表達(dá)的GSN還可以抑制由雌激素導(dǎo)致的細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)的活化(見圖4A),而ERK是細(xì)胞增殖的重要刺激因素,所以我們認(rèn)為,GSN可能通過對(duì)雌激素及其受體的作用來抑制ERK的活化,從而抑制細(xì)胞增殖。同時(shí),我們還觀察到高表達(dá)的GSN可以升高腫瘤細(xì)胞侵襲關(guān)鍵抑制因子金屬蛋白酶組織抑制劑-3(TIMP3)的表達(dá)(見圖4B),這很可能是GSN抑制乳腺癌細(xì)胞遷移/侵襲的關(guān)鍵機(jī)制。當(dāng)我們進(jìn)一步研究GSN對(duì)細(xì)胞中Her2表達(dá)的作用時(shí),發(fā)現(xiàn)Her2的水平也受到了GSN的抑制,且這種作用與雌激素水平相關(guān)(見圖5)。
在研究Her2調(diào)節(jié)機(jī)制的過程中,多個(gè)研究組發(fā)現(xiàn)了乳腺癌中Her2的表達(dá)常與ERα呈負(fù)相關(guān)[14],而我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),GSN可以加強(qiáng)這種雌激素-雌激素受體相互作用對(duì)Her2表達(dá)的抑制作用。所以,GSN是否在Her2陽(yáng)性的乳腺癌細(xì)胞中以ERα輔助調(diào)節(jié)蛋白的形式參與ERα對(duì)Her2的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用,是我們后續(xù)工作的主要研究?jī)?nèi)容。
我們的實(shí)驗(yàn)不但驗(yàn)證了GSN在ERα陽(yáng)性Her2陽(yáng)性的乳腺癌細(xì)胞中可能主要起抑癌作用,還發(fā)現(xiàn)GSN能夠抑制Her2的表達(dá)。Her2是乳腺癌發(fā)生發(fā)展中導(dǎo)致其難治的一個(gè)非常重要的指標(biāo),我們初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步探索更加深入的機(jī)制和應(yīng)用前景具有重要的意義。
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