張佑民
【摘要】 目的 研究 microRNA-21參與乳腺癌侵襲轉(zhuǎn)移的調(diào)控機制。方法 采用實時定量反轉(zhuǎn)錄 -聚合酶反應(yīng) (RT-PCR)方法檢測MDA-435、MDA-231和 MCF-7乳腺癌細(xì)胞株 microRNA-21的表達(dá);采用 transwell方法測定上述三株乳腺癌細(xì)胞體外侵襲轉(zhuǎn)移能力;人工合成 microRNA-21干擾序列 , 轉(zhuǎn)染MDA-231、MDA-435乳腺癌細(xì)胞 , 觀察對細(xì)胞侵襲能力的影響;應(yīng)用 Western blot檢測逆轉(zhuǎn)誘導(dǎo)蛋白(RECK)的表達(dá);采用熒光報告基因?qū)嶒灆z測 RECK與 microRNA-21的結(jié)合情況。結(jié)果 MCF-7、MDA-231及 MDA-435細(xì)胞株中均具有 microRNA-21高表達(dá) , 且表達(dá)量 MDA-435>MDA-231>MCF-7, 其中 , 具有高侵襲特性的 MDA-435細(xì)胞具有最高水平 microRNA-21的表達(dá)為 (4.51±0.71), MDA-231細(xì)胞具有中等水平的 microRNA-21表達(dá)為 (2.67±0.27), MCF-7細(xì)胞表達(dá)microRNA-21水平相對較低為 (1.23±0.11), 比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。三株細(xì)胞中 , MDA-435細(xì)胞侵襲力最高為(425.4±35.0)細(xì)胞數(shù)/視野 , MCF-7最低為(142.7±13.4)細(xì)胞數(shù)/視野 , MDA-231居中為(263.7±24.4)細(xì)胞數(shù)/視野 , 三組細(xì)胞侵襲力比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。將 anti-microRNA-21分別轉(zhuǎn)染入 MDA-231和 MDA-435細(xì)胞 , 與對照組比較 , 兩種細(xì)胞株轉(zhuǎn)染 anti-microRNA-21后分別引起 56%和 67%的 microRNA-21表達(dá)量降低 , 比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。將anti-microRNA-21轉(zhuǎn)染入MDA-231細(xì)胞, 與陰性對照組比較 , anti-microRNA-21引起了 34%細(xì)胞侵襲數(shù)目的減少。將 anti-microRNA-21轉(zhuǎn)染入 MDA-435細(xì)胞 , 結(jié)果表明 anti-microRNA-21引起68%侵襲細(xì)胞數(shù)目的下降。Western blot檢測顯示 , microRNA-21表達(dá)下調(diào), MDA-435細(xì)胞中 RECK表達(dá)明顯增強;熒光素酶實驗顯示共轉(zhuǎn)染 RECK和 anti-microRNA-21的 MDA-435細(xì)胞熒光酶活性增加38%。結(jié)論 本研究提示 microRNA-21可促進(jìn)乳腺癌侵襲轉(zhuǎn)移 , 其作用可能與逆向調(diào)控 RECK有關(guān)。
【關(guān)鍵詞】 乳腺癌;侵襲;microRNA-21;伴 Kazal域的富含半胱氨酸的逆轉(zhuǎn)誘導(dǎo)蛋白;RNA干擾
DOI:10.14163/j.cnki.11-5547/r.2016.16.195
【Abstract】 Objective To research regulation mechanism of microRNA-21 for breast cancer invasion and metastasis. Methods Real-time quantification polymerase chain reaction (RT-PCR) was applied to detect miR-21 expression in MDA-435, MDA-231 and MCF-7 breast cancer strains. In vitro invasion and metastasis of these three strains were detected by transwell method. Transfection on MDA-231 and MDA-435 cell was made by synthetic microRNA 21 interference sequence to observe the influence on cell invasion. Reversion-inducing cysteine-richprotein with Kazalmotifs (RECK) protein expression was detected by Western blot, and combination of RECK and microRNA-21 was detected by luciferase reporter gene test. Results All MCF-7, MDA-231 and MDA-435 strains had high expressed microRNA-21, and their expression volume were shown as MDA-435>MDA-231>MCF-7. MDA-435 with high invasion feature showed the highest microRNA-21 expression level as (4.51±0.71), followed by microRNA-21 expression in MDA-231 as (2.67±0.27) and in MCF-7 as (1.23±0.11), and their difference had statistical significance (P<0.01). Among the three strains, MDA-435 had the highest cell invasion as (425.4±35.0) cell number/vision, MCF-7 had the lowest as (142.7±13.4) cell number/vision, and MDA-231 as (263.7±24.4) cell number/vision. The difference of cell invasion had statistical significance across the three strains (P<0.01). MDA-231 and MDA-435 cells received transfection of anti-microRNA-21. Comparing with the control group, transfection of anti-microRNA-21 in the two cell strains showed respectively 56% and 67% decreased microRNA-21 expression, and their difference had statistical significance (P<0.05). Comparing with the negative control group, MDA-231 with transfection of anti-microRNA-21 showed 34% decreased cell invasion count. MDA-435 with transfection of anti-microRNA-21 showed 68% decreased cell invasion count. Western blot test Detection by Western blot showed down-regulated microRNA-21 expression and enhanced RRECK expression in MDA-435 cell. Luciferase test showed increased fluorescence enzyme activity by 38% in MDA-435 cell with RECK and anti- microRNA-21 transfection. Conclusion This research shows promotion of breast cancer invasion and metastasis by microRNA-21, and its effect may have relationship with reverse regulation of RECK.
【Key words】 Breast cancer; Invasion; microRNA-21; Reversion-inducing cysteine-richprotein with Kazalmotifs; RNA interference
microRNAs是新近識別的人體內(nèi)一類內(nèi)源性非編碼小分子核糖核酸 (RNA), 通過與靶基因互補結(jié)合 , 在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控靶蛋白表達(dá) , 從而參與生物體各項生物學(xué)活動。前期研究顯示[1], microRNA-21在乳腺癌細(xì)胞中高表達(dá)并與阿霉素耐藥有關(guān) , 并有研究提示[2], microRNA-21高表達(dá)與乳腺癌患者轉(zhuǎn)移有關(guān)。本研究擬采用 RNA干擾技術(shù)降低 microRNA-21的表達(dá) , 觀察對乳腺癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移的影響 , 并觀察對其潛在靶基因:伴Kazal域的富含半胱氨酸的 RECK的表達(dá)調(diào)控。本研究旨在為深入闡述乳腺癌侵襲轉(zhuǎn)移調(diào)控機制提供實驗室依據(jù)?,F(xiàn)報告如下。
1 材料與方法
1. 1 材料
1. 1. 1 細(xì)胞株 人乳腺癌細(xì)胞株MCF-7、MDA-231和 MDA-435由山東省腫瘤防治研究院基礎(chǔ)研究中心常規(guī)保存。于含10%小牛血清的細(xì)胞凍存培養(yǎng)基 (DMEM)中 , 37℃、5% CO2條件下常規(guī)培養(yǎng)。
1. 1. 2 主要試劑和儀器 脂質(zhì)體 Lipofectamine 2000、Trizol試劑、實時定量 RT-PCR試劑盒、matrigel膠購自美國 Invitrogen 公司 , transwell小室購自美國 Coning公司 , 蛋白提取試劑盒購自生工生物工程 (上海 )股份有限公司。RECK和 β-actin抗體購于美國 Santa Cruz公司。定量 PCR儀 ABI7000購于美國 ABI公司。
1. 2 實驗方法
1. 2. 1 實時定量 RT-PCR檢測microRNA-21的表達(dá) 應(yīng)用Trizol提取細(xì)胞RNA。microRNA-21逆轉(zhuǎn)錄引物為 5GTCGTATCCAGTGCAGGGTCCGAGGTATTCGCACTGGATACGACTCAACA3; 上游引物為 5GCCCGCTAGCTTATCAGACTGATG3, 下游引物為 5GTGCAGGGTCCGAGGT3; 應(yīng)用互補脫氧核糖核酸(cDNA)逆轉(zhuǎn)錄試劑盒進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄 , 采用定量 PCR試劑盒進(jìn)行PCR。應(yīng)用 U6 RNA的表達(dá)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計算?CT值, 重復(fù)實驗 3次, 以“均數(shù) ±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。
1. 2. 2 細(xì)胞轉(zhuǎn)染 根據(jù) Pubmed數(shù)據(jù)庫中的 microRNA-21基因序列 , 設(shè)計合成 microRNA-21干擾序列為 5-UCAA CAUCAGUCUGA UAAGCUA-3, 對照序列為 5-CAGUACU UUUGUAGUACAA-3, 上述序列由上海吉瑪技術(shù)有限公司設(shè)計合成。以 Lipofectamine 2000為載體, 轉(zhuǎn)染MDA-231、MDA-435細(xì)胞株。具體步驟為:轉(zhuǎn)染前 1 h更換為無血清的 DMEM培養(yǎng)液 , 將 siRNA-脂質(zhì)體復(fù)合物加到含有細(xì)胞及培養(yǎng)基的實驗組孔中;陰性對照的細(xì)胞中只加入脂質(zhì)體。細(xì)胞同時置 CO 2培養(yǎng)箱 37℃中培養(yǎng) 5 h, 更換培養(yǎng)液, 繼續(xù)培養(yǎng)24~48 h。
1. 2. 3 細(xì)胞侵襲實驗 應(yīng)用 DMEM按 1∶5 稀釋 Matrigel 基質(zhì)膠 , 將 transwell 小室置于 24 孔板中 , 取 100 ?l稀釋膠加至上室 , 室溫干燥過夜。siRNA轉(zhuǎn)染組細(xì)胞及未轉(zhuǎn)染組細(xì)胞培養(yǎng) 48 h后 , 應(yīng)用無血清的 DMEM調(diào)整細(xì)胞密度至 3×10 5/ml, 轉(zhuǎn)至 Matrigel包被的 transwell小室中 (6孔板 , 8 ?m小孔)。在小室下層加入含 10%血清的 DMEM作為趨化劑。孵育 20 h后 , 應(yīng)用棉簽拭去非侵襲性細(xì)胞。應(yīng)用結(jié)晶紫固定并染色。在 100倍熒光顯微鏡下計數(shù)細(xì)胞。
1. 2. 4 Western Blot檢測 RECK蛋白的表達(dá) MDA-231、MDA-435siRNA轉(zhuǎn)染組細(xì)胞及未轉(zhuǎn)染組細(xì)胞培養(yǎng) 24 h, 應(yīng)用細(xì)胞裂解液[0.15 mol/L NaCl, 0.05 mol/L pH7.5 Tris-Cl, 2 mmol/L 乙二胺四乙酸(EDTA), 0.5%Triton-100, 5 mmol/L DTT, 0.2 mmol/L PMSF, 2 mg/L apoptinin]提取細(xì)胞總蛋白。取 75 ?g蛋白行 8%十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳 , 以 100 V電轉(zhuǎn)移 1 h將凝膠上的蛋白轉(zhuǎn)至聚偏二氟乙烯膜(PVDF)。5%脫脂奶粉封閉 2 h。加入 RECK一抗 (1∶250)、β-actin一抗 (1∶500)室溫孵育 2 h, 加入適當(dāng)比例稀釋的羊抗鼠或羊抗兔二抗常溫孵育1 h。加 ECL顯色劑于暗室曝光顯像, 行圖像分析。
1. 2. 5 熒光素酶報告基因?qū)嶒?擴增包含 RECK 3UTR區(qū)靶位點的引物為上游 5- ATTAACTAGTACCTCTATTCGCCA CACAG-3;下游 5-CTACATCAGCA CTGACATATTCTG -3。經(jīng)限制性內(nèi)切酶 (SpeI)切 PCR產(chǎn)物后 , 將 RECK 3‘UTR克隆入pGL3熒光素酶質(zhì)粒載體, 轉(zhuǎn)染入MDA-435細(xì)胞株。5 h后, 繼續(xù)轉(zhuǎn)入 50 nMmicroRNA-21 inhibitor或?qū)φ招蛄小?4 h后 , 裂解細(xì)胞檢測熒光素酶活性。pGL3質(zhì)粒作為共轉(zhuǎn)染的對照。每次轉(zhuǎn)染實驗重復(fù) 2次。
1. 3 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS18.0統(tǒng)計學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差( x-±s)表示, 采用t檢驗;計數(shù)資料以率(%)表示, 采用χ2檢驗。P<0.05表示差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。
2 結(jié)果
2. 1 乳腺癌細(xì)胞株 microRNA-21基因表達(dá) 應(yīng)用 Taqman PCR方法檢測 3種乳腺癌細(xì)胞株(MCF-7、MDA-231和 MDA-435)microRNA-21的表達(dá)。其中, 具有高侵襲特性的 MDA-435細(xì)胞具有最高水平 microRNA-21的表達(dá)為 (4.51±0.71), MDA-231細(xì)胞具有中等水平的 microRNA-21表達(dá)為 (2.67±0.27), MCF-7細(xì)胞表達(dá)microRNA-21水平相對較低為 (1.23±0.11), 比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。見圖1。
2. 2 乳腺癌細(xì)胞株侵襲轉(zhuǎn)移能力的測定 采用 transwell方法測定侵入濾膜的細(xì)胞數(shù) , 判定上述三株乳腺癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移能力。結(jié)果顯示 , MDA-435細(xì)胞侵襲力最高為 (425.4±35.0)細(xì)胞數(shù) /視野 , MCF-7最低為 (142.7±13.4)細(xì)胞數(shù) /視野 , MDA-231居中為 (263.7±24.4)細(xì)胞數(shù) /視野。三組細(xì)胞侵襲力比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。見表1。
2. 3 乳腺癌細(xì)胞株 microRNA-21基因干擾效果評價 將 anti-microRNA-21分別轉(zhuǎn)染入 MDA-231和 MDA-435細(xì)胞 , 與對照組比較 , 兩種細(xì)胞株轉(zhuǎn)染 anti-microRNA-21后分別引起 56%和 67%的 microRNA-21表達(dá)量降低 , 比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見圖2。
2. 4 microRNA-21表達(dá)改變對乳腺癌細(xì)胞株侵襲轉(zhuǎn)移的影響將anti-microRNA-21轉(zhuǎn)染入MDA-231細(xì)胞, 與陰性對照組比較 , anti-microRNA-21引起了 34%細(xì)胞侵襲數(shù)目的減少。將 anti-microRNA-21轉(zhuǎn)染入 MDA-435細(xì)胞 , 結(jié)果表明 anti-microRNA-21引起68%侵襲細(xì)胞數(shù)目的下降。見圖3。
2. 5 microRNA-21對 RECK的表達(dá)調(diào)控影響 將 anti-microRNA-21分別轉(zhuǎn)染入 MDA-231細(xì)胞和 MDA-435細(xì)胞。Western blot 結(jié)果顯示 , MDA-231及 MDA-435細(xì)胞無或少許 RECK表達(dá) , 在 MDA-435細(xì)胞中 anti-microRNA-21下調(diào) , 引起較明顯的 RECK蛋白的表達(dá)增加。MDA-231細(xì)胞中 RECK的表達(dá)亦有增強 , 但變化不明顯。見圖4。為了進(jìn)一步證實 RECK mRNA的3UTR區(qū)是 microRNA-21的功能性靶點 , 進(jìn)行了熒光素酶實驗 , 與陰性對照組比較 , 共轉(zhuǎn)染 RECK和 anti-microRNA-21的 MDA-435細(xì)胞熒光酶活性增加了38%。見圖5。
3 討論
>50%的人類 miRNA定位于與腫瘤相關(guān)的基因組位置, 并且 miRNAs通過調(diào)控多個靶基因的表達(dá)從而調(diào)控多種細(xì)胞生物學(xué)進(jìn)程 , 提示這些分子在腫瘤中具有潛在的重要作用[3-6]。microRNA-21就是這類分子的其中之一。microRNA-21定位于染色體17q23.2, 此位點在一個常見的斷裂位點 FRA17B之內(nèi)。這一區(qū)域通常在結(jié)腸癌、乳腺癌和肺癌中出現(xiàn)擴增 , 同時也與microRNA-21在多種類型腫瘤中過表達(dá)相一致[7-12]。本研究中 , 發(fā)現(xiàn) microRNA-21在多種乳腺癌細(xì)胞中均有高表達(dá) , 而且細(xì)胞內(nèi)源性 microRNA-21的表達(dá)與腫瘤細(xì)胞株侵襲轉(zhuǎn)移能力呈正相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)與既往幾個研究相一致 , 提示 microRNA-21高表達(dá)可能與乳腺癌侵襲轉(zhuǎn)移有關(guān)。
RECK基因是一個轉(zhuǎn)化抑制基因 , 通過篩查纖維母細(xì)胞cDNAs表達(dá)文庫被證實 , 其可將 v-Ki-ras轉(zhuǎn)化的 NIH3T3細(xì)胞的圓形形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉寝D(zhuǎn)化的扁平形態(tài)[13-15]。RECK是一個分子量為 110 kPa的膜嵌合糖蛋白, 位于9p13~p12, 長度 >87 kb, 包含多個表皮生長因子樣重復(fù)片段和絲氨酸蛋白酶抑制物樣的結(jié)構(gòu)域 , 在結(jié)構(gòu)上與 TIMPs具有同源性[16-18]。RECKmRNA在人類的各種正常組織和未轉(zhuǎn)化細(xì)胞中廣泛表達(dá) , 但在癌基因轉(zhuǎn)化細(xì)胞中檢測不到或下調(diào)。經(jīng) Pubmed數(shù)據(jù)庫比對 , RECK部分基因序列與 microRNA-21序列互補結(jié)合。在最近的研究中[19, 20], RECK被報道是 microRNA-21的功能性靶基因 , 并參與膠質(zhì)瘤、食管癌的侵襲轉(zhuǎn)移過程。
本文研究結(jié)果顯示, MCF-7、MDA-231及 MDA-435細(xì)胞株中均具有 microRNA-21高表達(dá) , 且表達(dá)量 MDA-435>MDA-231>MCF-7, 其中 , 具有高侵襲特性的 MDA-435細(xì)胞具有最高水平 microRNA-21的表達(dá)為 (4.51±0.71), MDA-231細(xì)胞具有中等水平的 microRNA-21表達(dá)為 (2.67± 0.27), MCF-7細(xì)胞表達(dá)microRNA-21水平相對較低為 (1.23± 0.11), 比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。三株細(xì)胞中, MDA-435細(xì)胞侵襲力最高為 (425.4±35.0)細(xì)胞數(shù) /視野 , MCF-7最低為(142.7±13.4) 細(xì)胞數(shù) /視野 , MDA-231居中為 (263.7± 24.4)細(xì)胞數(shù) /視野 , 三組細(xì)胞侵襲力比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。將 anti-microRNA-21分別轉(zhuǎn)染入 MDA-231和 MDA-435細(xì)胞 , 與對照組比較 , 兩種細(xì)胞株轉(zhuǎn)染 anti-microRNA-21后分別引起 56%和 67%的 microRNA-21表達(dá)量降低 , 比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。將anti-microRNA-21轉(zhuǎn)染入MDA-231細(xì)胞, 與陰性對照組比較, anti-microRNA-21引起了 34%細(xì)胞侵襲數(shù)目的減少。將 anti-microRNA-21轉(zhuǎn)染入 MDA-435細(xì)胞 , 結(jié)果表明 anti-microRNA-21引起68%侵襲細(xì)胞數(shù)目的下降。Western blot檢測顯示 , microRNA-21表達(dá)下調(diào) , MDA-435細(xì)胞中 RECK表達(dá)明顯增強;熒光素酶實驗顯示共轉(zhuǎn)染 RECK和 anti-microRNA-21的 MDA-435細(xì)胞熒光酶活性增加38%。microRNA-21高表達(dá)與乳腺癌細(xì)胞侵襲特性相關(guān) , 因此假設(shè) RECK在乳腺癌中也是 microRNA-21的一個重要靶點。經(jīng) Western blot和熒光素酶實驗顯示 , microRNA-21表達(dá)下調(diào)與 RECK蛋白表達(dá)呈負(fù)相關(guān) , 在MDA-435細(xì)胞中共轉(zhuǎn)染 RECK 3UTR和 anti-microRNA-21導(dǎo)致了顯著性熒光報告基因活性的增加。這些發(fā)現(xiàn)提示 RECK可能部分受到 microRNA-21的負(fù)性調(diào)控。
綜上所述 , microRNA-21在乳腺癌細(xì)胞中表達(dá)增高并與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移有關(guān) , RNA干擾 microRNA-21的表達(dá)可以抑制乳腺癌細(xì)胞的侵襲。這些作用可能部分通過 microRNA-21靶向調(diào)控RECK而產(chǎn)生。
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[收稿日期:2016-02-16]