miR-4496靶向LAMP3在結直腸癌細胞增殖和侵襲中的作用

劉 偉,劉佳佳*,周 楊,鄭利枝,高艷偉

(1內蒙古自治區人民醫院放射治療科,呼和浩特 010010;2內蒙古自治區人民醫院胃腸外科;*通訊作者,E-mail:samandhua398@126.com)

結直腸癌是消化系統中常見的惡性腫瘤,發病率和病死率均較高[1]。結直腸癌早期癥狀不明顯,發現時已處于中晚期,患者往往預后較差[2]。闡明結直腸癌發病的分子機制對于尋找新的靶向治療具有重要意義。微小RNA(miRNA)長度通常為19-25個核苷酸,是一種非編碼小分子RNA[3]。miRNA主要通過特異性結合靶基因信使RNA(mRNA),切割mRNA或抑制其翻譯為蛋白,從而發揮調控基因表達的重要作用[4]。miRNA廣泛參與調控腫瘤細胞的生長、侵襲、衰老等活動[5]。有研究表明,miR-4496在前列腺癌和膠質母細胞瘤中可抑制腫瘤細胞的惡性生物學行為[6,7]。miR-4496在結直腸癌中的作用并不清楚。本研究通過檢測結直腸癌細胞株中miR-4496的表達情況,觀察miR-4496對結直腸癌細胞增殖和侵襲的影響,探討miR-4496在結直腸癌細胞中的分子作用機制。

1 材料與方法

1.1 材料

正常的腸黏膜上皮細胞HIEC以及結直腸癌細胞株SW480、HT-29、LoVo、HCT116均購自中國科學院生物化學與細胞生物學研究所;SYBR Premix Ex Taq試劑盒購于日本TaKaRa公司;DMEM/F12培養基和胎牛血清(FBS)購自美國Gibco公司;mimic-NC、miR-4496 mimic、野生型和突變型的LAMP3熒光素酶質粒購自廣州市銳博生物科技有限公司;MTT試劑盒購自上海碧云天生物技術有限公司;雙熒光素酶報告試劑盒購自美國Promega公司;Trans-well小室購自美國Corning公司;Matrigel膠、Lipofectamine 3000購自美國Invitrogen公司;一抗β-Tubulin、LAMP3、CDK7、Cyclin H、Vimentin、ZEB-2購自美國Cell Signaling Technology公司;辣根過氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)標記的二抗羊抗兔購自武漢博士德生物公司。

1.2 細胞培養和轉染

正常的腸黏膜上皮細胞和結直腸癌細胞株在含10% FBS的DMEM/F12培養基中培養,均在37 ℃、5%CO2培養箱中培養。轉染前24 h,將對數生長期HCT116細胞以5×105個/孔接種于6孔板,細胞融合度達40%時,根據Lipofectamine 3000試劑盒說明書,分別轉染mimic-NC(對照組)和miR-4496 mimic(實驗組)。

1.3 qRT-PCR檢測miR-4496和LAMP3 mRNA表達

采用Trizol試劑根據說明書提取細胞總RNA,逆轉錄成cDNA。采用SYBR Premix Ex Taq試劑盒定量檢測miR-4496和LAMP3 mRNA表達,引物序列見表1。反應條件:95 ℃ 6 min、95 ℃ 15 s、60 ℃ 32 s、72 ℃ 32 s,共40個循環。以U6為內參計算miR-4496表達,以GAPDH為內參計算LAMP3 mRNA表達,所有數據采用2-ΔΔCt方法計算。

表1 qRT-PCR引物序列Table 1 The primer sequences for qRT-PCR

1.4 四甲基偶氮唑藍(MTT)法檢測HCT116細胞增殖能力

將兩組HCT116細胞按2 000個/孔接種至96孔板,每組4個復孔。分別在接種后第1,2,3,4,5 d向各孔加MTT試劑,培養4 h。吸去上清液,向各孔加120 μl二甲基亞砜,輕微振蕩20 min,直至晶體充分溶解。采用多功能酶標儀檢測各孔在450 nm波長處的吸光度(A)值。

1.5 Transwell實驗檢測HCT116細胞侵襲能力

在Transwell小室上室加入Matrigel膠,在培養箱內凝固后,采用無血清培養基重懸兩組HCT116細胞,迅速把200 μl細胞懸液加到上室,在Trans-well小室下室加入600 μl含10% FBS的DMEM/F12培養基,在培養箱中繼續培養24 h。采用甲醇固定30 min,結晶紫染色30 min,棉簽輕輕擦去未穿過微孔膜的HCT116細胞。在光學顯微鏡(×100)下,對侵襲的細胞計數,取平均值。

1.6 生物信息學技術和雙熒光素酶報告實驗預測并測定miR-4496與靶基因的靶向關系

采用miRecords在線網站預測miR-4496的靶基因。構建LAMP3野生型和突變型的熒光素酶表達載體,分別與mimic-NC、miR-4496 mimic共轉染至HCT116細胞,48 h后采用熒光素酶報告實驗試劑盒測定每組細胞的熒光素酶活性,以海參熒光素酶活性為內參。

1.7 Western blotting檢測靶基因蛋白的表達

采用預冷的磷酸鹽緩沖液洗滌兩組HCT116細胞,使用蛋白裂解液提取總蛋白。蛋白樣品采用SDS-PAGE膠分離,采用濕轉法轉至PVDF膜。5%脫脂牛奶封閉1.5 h,按比例稀釋一抗并過夜孵育,在室溫下孵育HRP標記的二抗羊抗兔1.5 h。采用電化學發光液進行曝光、顯影。

1.8 統計學方法

2 結果

2.1 結直腸癌細胞中miR-4496的相對表達量

qRT-PCR檢測顯示,與HIEC細胞相比,結直腸癌細胞株中miR-4496表達均明顯下降(P<0.05),HCT116細胞中miR-4496相對表達量最低(P<0.01,見圖1),以HCT116細胞為受試對象進行后續實驗。

與HIEC細胞相比,*P<0.05,**P<0.01圖1 qRT-PCR檢測結直腸癌細胞株和正常腸黏膜上皮細胞中miR-4496相對表達量Figure 1 The relative expression of miR-4496 in colorectal cancer cell lines and normal intestinal mucosal epithelial cells by qRT-PCR

2.2 qRT-PCR檢測轉染后HCT116細胞中miR-4496相對表達量

對照組與實驗組HCT116細胞中miR-4496相對表達量分別為1.01±0.10和9.12±1.20,差異具有明顯統計學意義(t=6.72,P<0.01),表明轉染成功。

2.3 miR-4496對HCT116細胞增殖能力的影響

MTT檢測顯示,與對照組相比,實驗組轉染miR-4496后第2天開始,細胞吸光度明顯下降,差異具有統計學意義(P<0.05,見圖2)。

與對照組相比,*P<0.05,**P<0.01圖2 MTT檢測miR-4496對HCT116細胞增殖能力的影響Figure 2 Effect of miR-4496 on the proliferation of HCT116 cells by MTT

2.4 miR-4496對HCT116細胞侵襲能力的影響

Transwell實驗檢測顯示,對照組和實驗組HCT116細胞的侵襲細胞數分別為(78.67±8.84)個和(24.94±4.10)個,實驗組侵襲細胞數明顯減少,差異具有明顯統計學意義(t=5.51,P<0.01,見圖3),表明miR-4496可導致HCT116細胞侵襲能力明顯降低。

與對照組相比,**P<0.01圖3 Transwell實驗檢測miR-4496對HCT116細胞侵襲能力的影響 (結晶紫染色,×100)Figure 3 Effect of miR-4496 on the invasion ability of HCT116 cells was detected by Transwell assay (crystal violet staining,×100)

2.5 miR-4496與LAMP3基因的靶向關系

采用miRecords在線網站預測結果顯示,miR-4496的靶基因可能是LAMP3(見圖4)。雙光素酶報告實驗顯示,轉染miR-4496 mimic后,野生型LAMP3的熒光素酶活性為1.00±0.03,明顯低于mimic-NC組(0.41±0.05),差異具有明顯統計學意義(t=9.38,P<0.01,見圖5),表明miR-4496可靶向結合LAMP3。

圖4 miR-4496與LAMP3 mRNA的互補配對序列Figure 4 The complementary paired sequence of miR-4496 and LAMP3 mRNA

與野生型LAMP3+mimic-NC相比,**P<0.01圖5 雙光素酶報告實驗驗證miR-4496與LAMP3 mRNA的靶向關系Figure 5 The targeting relationship between miR-4496 and LAMP3 mRNA verified by dual luciferase reporter experiment

2.6 qRT-PCR檢測轉染后HCT116細胞中LAMP3 mRNA相對表達量

對照組與實驗組HCT116細胞中LAMP3 mRNA相對表達量分別為1.06±0.07和0.29±0.07,差異具有明顯統計學意義(t=6.90,P<0.01),表明miR-4496可抑制LAMP3 mRNA的表達。

2.7 Westen blotting檢測LAMP3蛋白及相關蛋白的相對表達

Western blotting檢測顯示,與對照組相比,實驗組HCT116細胞中LAMP3蛋白表達下降,細胞增殖蛋白如CDK7、Cyclin H蛋白表達降低,細胞侵襲蛋白如Vimentin、ZEB-2蛋白表達降低(見圖6)。

圖6 Western blotting檢測LAMP3蛋白及相關蛋白的相對表達Figure 6 The relative expression of LAMP3 protein and related proteins by Western blotting

3 討論

近年來,在結直腸癌中發現了許多異常表達的miRNA如miR-375-3p[8]、miR-27b-3p[9]、miR-802[10]等。miRNA通過在轉錄后水平調控基因的表達,影響結直腸癌的發生和進展[11,12]。Wang等[7]研究證明,miR-4496可明顯抑制前列腺癌細胞的侵襲。Li等[6]研究證明,miR-4496可抑制膠質母細胞瘤的增殖、遷移、侵襲及上皮間充質轉化。miR-4496屬于腫瘤抑制性miRNA。然而,miR-4496在結直腸癌中的表達和作用尚不清楚。本研究顯示與正常腸黏膜上皮細胞相比,miR-4496在結直腸癌細胞系中的表達顯著下調。在結直腸癌細胞中上調miR-4496表達可明顯降低細胞的增殖和侵襲能力。miR-4496在結直腸癌中發揮著腫瘤抑制性miRNA的作用。

采用miRecords在線網站預測顯示,miR-4496的靶基因可能是溶酶體膜蛋白3(lysosome associated membrane protein 3,LAMP3)。LAMP3基因位于人染色體3q27,LAMP3蛋白是一種重要的溶酶體膜蛋白,在細胞溶酶體的形成及維持其穩定方面發揮關鍵作用[13]。有研究表明,LAMP3蛋白在食管癌、卵巢癌、喉癌等腫瘤中表達顯著上調,發揮癌基因作用[14,15]。LAMP3蛋白在結直腸癌組織表達明顯增加,LAMP3蛋白較高的患者,臨床分期和總體生存率較差[16]。本研究通過雙熒光素酶報告實驗證實,LAMP3是結直腸癌HCT116細胞中miR-4496的直接靶基因。qRT-PCR和Westen blotting進一步表明,miR-4496可能與LAMP3 mRNA結合,促進LAMP3 mRNA的降解并抑制LAMP3蛋白的翻譯。LAMP3蛋白表達降低后,細胞增殖蛋白如CDK7、Cyclin H蛋白表達降低,細胞侵襲蛋白如Vimentin、ZEB-2蛋白表達降低,表明結直腸癌HCT116細胞的增殖和侵襲能力降低。

綜上所述,miR-4496是一種結直腸癌抑制性的miRNA,miR-4496通過調節LAMP3基因表達,抑制結直腸癌細胞的增殖和侵襲。本研究可能為結直腸癌的診斷和治療提供新的靶點和實驗依據。