MicroRNA在人骨髓间充质干细胞成骨分化(粗化钛表面)和舌鳞状细胞癌发展中的机制研究

来源 :北京大学医学部 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ARMYUN1981
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背景:MicroRNA(miRNA)是重要的内源性非编码RNA,通过对信使RNA的降解或翻译抑制来控制靶基因的表达,与DNA甲基化相互作用,是信号通路和靶基因之间的关键枢纽。miRNA可以直接参与骨组织形成的各个过程,对不同粗糙度钛表面上成骨分化的人骨髓间充质干细胞(human bone marrow mesenchymal stem cells,hBMSCs)有重要的调控作用。干细胞分化过程中一些miRNA可以作为抑癌基因调控细胞内基因功能的平衡,防止细胞恶变。舌鳞状细胞癌(tongue squamous cell carcinoma,TSCC)是最常见的口腔颌面部恶性肿瘤之一,侵犯口腔颌面部软硬组织,预后较差。TSCC的病因虽然尚未完全研究清楚,但既往研究表明特定miRNA的异常表达在TSCC的发展中有重要作用。目前治疗TSCC的方法仍以手术为主,患者常因根治性治疗的需要而切除部分甚至全部颌骨,严重影响患者生存质量。部分miRNA既在干细胞成骨分化中有重要作用,又参与调控肿瘤的发生发展。因此探究miRNA在hBMSCs和TSCC中的表达机制,可以发现兼具促成骨和抗肿瘤功能的miRNA,可能对口腔颌面外科相关治疗有重要意义。目的:(1)分析hBMSCs在粗化钛表面上的成骨分化状态并筛选差异表达的甲基化位点和基因,验证特定miRNA在hBMSCs中的表达和调控成骨作用。(2)探究特定miRNA在TSCC中的表达及调控机制。①材料和方法:(1)hBMSCs细胞系中:制备喷砂酸蚀(SLA)钛片和光滑钛片,并用扫描电镜观测两组钛片表面形态。在两组钛片上培养hBMSCs并成骨诱导分化七天后:a.免疫荧光染色观测细胞形态并利用碱性磷酸酶(alkalinephosphatase,ALP)活性测定、实时定量荧光 PCR(Quantitative real time polymerase chain reaction,qRT-PCR)和蛋白质免疫印迹(Western-Blot)检测hBMSCs的成骨分化状态。b.用甲基化芯片和mRNA芯片分析hBMSCs的DNA甲基化水平和基因表达概况,利用miRNA芯片分析成骨分化中miRNA的表达,将差异表达的基因在数据库中进行富集分析,qRT-PCR验证芯片筛选基因miR-29b的表达和对成骨的影响。(2)通过qRT-PCR检测60对TSCC及癌旁组织中目的基因miR-29b的表达。在TSCC细胞系SCC-15及CAL27中:a.用荧光素酶报告基因系统分析miR-29b与下游靶基因甲基化转移酶3B(DNA methyltransferase 3B,DNMT3B)的结合情况。b.过表达 miR-29b 后用 qRT-PCR 和Western-Blot检测DNMT3B的内源性表达和蛋白含量。c.过表达miR-29b及敲低DNMT3B后通过qRT-PCR和亚硫酸氢盐测序法检测miR-195的表达和miR-195启动子的甲基化水平的改变。结果:(1)在hBMSCs细胞系中:a.与光滑钛表面相比,SLA钛表面上hBMSCs成骨分化更明显,存在差异甲基化的2846个位点和对应的1841个基因。差异表达的基因在细胞骨架,MAPK和Wnt等成骨分化相关的信号通路中富集。利用qRT-PCR验证了 SLA组中hBMSCs内INS-IGF2的显著高表达(p<0.05),CPMX2的显著低表达(p<0.05)。b.miRNA芯片分析发现SLA钛表面上hBMSCs存在显著低表达的147个miRNA和显著高表达的13个miRNA,有15个差异表达的miRNA与DNA甲基化芯片存在交集。c.芯片中高表达的miR-29b经qRT-PCR验证在hBMSCs成骨分化中的显著高表达(p<0.01),且在hBMSCs内过表达miR-29b后成骨相关因子Runx2显著高表达(p<0.05)。d.差异表达的miRNA在成骨分化相关的MAPK和Wnt等信号通路、以及癌和癌中的聚多糖等肿瘤相关的信号通路中富集。(2)在TSCC中发现:与癌旁正常组织相比,目的基因miR-29b在TSCC中显著低表达(P<0.05)。在SCC-15及CAL27细胞系中:a.荧光素酶报告基因实验结果发现miR-29b能与DNMT3B转录本上的3’末端非翻译区域(3’UTR)结合b.过表达miR-29b可以降低DNMT3B基因的表达(p<0.01)和 DNMT3B 蛋白的含量(p<0.01)。c.过表达 miR-29b(p<0.05)后 miR-195的内源性表达显著升高且miR-195启动子区CpG位点甲基化百分比的降低。d.敲低DNMT3B的表达(p<0.01)也可发现miR-195的内源性表达显著升高及miR-195启动子区CpG位点甲基化百分比的降低。结论:(1)本研究发现hBMSCs在粗化钛表面上成骨分化更好且存在差异表达的甲基化位点和miRNA,验证了 INS-IGF2和CPMX2在hBMSCs成骨分化中的差异表达;筛选并初步验证了 miR-29b的高表达及其促成骨可能性,富集分析发现差异表达的miRNA在成骨分化和肿瘤相关信号通路中富集。(2)本研究发现与癌旁正常组织相比,miR-29b在TSCC中显著低表达,且miR-29b可以在SCC-15和CAL27中通过与DNMT3B结合而下调其他miRNA启动子区甲基化水平而起到重要的调控作用。本课题从表观遗传学的角度出发初步探讨了 miRNA在人骨髓间充质干细胞和舌鳞状细胞癌中的表达,发现了 miR-29b在hBMSCs中高表达和促成骨可能性以及在TSCC中低表达并有重要的调控作用。
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