PCBP2通过cGAS/STING信号通路对氧化应激诱导胶质瘤细胞凋亡的影响及其机制研究

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背景及目的:胶质瘤是一种最常发生在中枢神经系统的侵袭性原发性脑肿瘤,目前常规治疗手段效果不明显,且大多数患者预后不良。因此聚焦于胶质瘤发病过程中的分子生物学机制从而寻找新的治疗靶点显得尤为重要。PCBP2是聚(C)结合蛋白(PCBP)家族的成员之一,据报道PCBP2通过结合靶m RNA在各种人类肿瘤(包括胶质瘤)中发挥重要作用,并且PCBP2通过在体内和体外抑制c GAS-DNA的相分离来降低c GAS的激活,进而维持c GAS介导的天然免疫反应平衡。因此,PCBP2对胶质瘤发挥作用可能与c GAS/STING信号通路相关,c GAS/STING信号通路是宿主天然免疫系统的重要组成成分,与多种疾病的发病和进展有关,该通路激活后促进氧化应激、促炎因子和蛋白酶的释放,从而加速癌细胞凋亡,减缓肿瘤生长,而氧化应激及炎症在胶质瘤发病过程中发挥重要作用。研究表明在肿瘤细胞的过度增殖过程中会产生高水平的活性氧(ROS),其通过增加其抗氧化状态来优化ROS驱动的增殖,同时避免由ROS阈值触发的衰老、凋亡或铁死亡。已有证据表明,ROS是肿瘤转化、增殖和转移的关键因素,同时ROS水平的升高是遗传和表观遗传突变和增殖信号的原因,由此可见,诱导氧化应激是导致癌症发展的常见因素,现今许多抗癌剂的作用方式皆是诱导氧化应激。除此之外,N6-甲基腺苷(m6A)修饰是真核生物甲基化修饰中最常见的一种,因其在circ RNAs中的大量富集及关键的生物功能而受到国内外研究者的重视。m6A水平的异常交替影响了RNA的成熟、转录、翻译和代谢,扰乱了基因表达和重要的细胞过程,并最终导致包括胶质瘤在内等多种肿瘤的发生和发展。其中甲基转移酶样3(METTL3)是m6A甲基化的"writer"之一,参与调控各种细胞生物过程。近年来,诸多证据表明,METTL3作为m6A甲基转移酶在癌症中发挥着重要作用。综上,我们推测:(1)PCBP2可能促进胶质瘤进展;(2)PCBP2调控c GAS/STING信号通路影响氧化应激诱导胶质瘤细胞凋亡;(3)METTL3介导的m6A修饰在PCBP2调控c GAS/STING信号通路过程中发挥重要作用。实验方法:(1)收集本院胶质瘤患者标本及临床数据,明确PCBP2在胶质瘤中的表达特征及其对患者预后的影响。(2)分别构建PCBP2过表达及敲低的U251胶质瘤细胞系进行实验分组,通过q RT-PCR、CCK8、Transwell及EDU等方法观察PCBP2过表达及si-PCBP2对细胞的增殖、迁移及侵袭的影响;通过ELISA及ROS检测试剂盒检测U251细胞内SOD、GSH、GSH-px、MDA及ROS的含量,并通过流式细胞术明确PCBP2对细胞凋亡率的影响。(3)通过Microarray analysis检测基因表达水平,利用KEGG term明确PCBP2在胶质瘤中作用的重要靶点,利用Western blot、q RT-PCR检测STING、c GAS和PCBP2的蛋白和m RNA表达,研究PCBP2对c GAS/STING信号通路的作用;通过Co-IP、免疫荧光及Western blot探究PCBP2和c GAS蛋白之间的关联。(4)通过m6A甲基化序列分析检测PCBP2附近的甲基化修饰位点;在U251细胞中,分别通过Western blot、q RT-PCR检测m6A修饰以及敲除METTL3后细胞内PCBP2 m RNA水平和蛋白表达水平;对PCBP2转录组进行序列分析寻找m6A富集的位点,之后通过q RT-PCR检测不同位点上m6A甲基化及si-METTL3对PCBP2m RNA水平的影响;通过荧光素酶报告检测在与WT组相比,在不同突变位点上敲除METTL3对其活性的影响。结果:(1)PCBP2的m RNA和蛋白水平在不同的神经胶质瘤患者组织样本中明显高于相应的癌旁组织;PCBP2高表达组胶质瘤患者的OS和DFS均低于PCBP2低表达组;(2)过表达PCBP2可促进U251细胞增殖、侵袭及转移,而沉默PCBP2抑制U251细胞增殖、侵袭及转移;过表达PCBP2使细胞内SOD、GSH及GSH-px表达含量升高,MDA及ROS表达含量降低,且发生细胞凋亡数明显减少。沉默PCBP2使细胞内SOD、GSH及GSH-px表达含量降低,MDA及ROS表达含量升高,且细胞凋亡数明显增多;(3)使用微阵列分析检测了基因表达水平,发现c GAS和STING可能是胶质瘤中PCBP2的两个重要靶点;在U251细胞中,c GAS和STING的m RNA和蛋白表达水平随PCBP2过表达而降低,而随PCBP2下调而升高;CO-IP证实了PCBP2与c GAS蛋白的关联性。免疫荧光显示PCBP2可抑制体外c GAS荧光表达;c GAS激动剂(SR-717,1μM)通过上调PCBP2表达诱导U251细胞c GAS和STING蛋白表达。c GAS抑制剂(PF-06928215,2μΜ)通过下调PCBP2表达抑制U251细胞中c GAS和STING蛋白的表达;(4)在终止密码子附近发现,PCBP2有许多可疑的甲基化修饰位点;q RT-PCR结果显示,与Ig G组相比,m6A组PCBP2 m RNA表达水平明显升高;而在沉默表达METTL3后,PCBP2 m RNA表达明显降低。WB结果显示,与Ig G组相比,si-METTL3组PCBP2蛋白表达水平明显降低;对PCBP2转录组进行序列分析发现位于3’端未翻译区域(UTR)的两个m6A突变位点;q RT-PCR结果显示,与Ig G组相比,在位点1和2上的m6A富集组PCBP2m RNA表达明显升高;与Negative组相比,si-METTL3组PCBP2的m6A水平明显下降;此外,通过荧光素酶报告结果显示,在si-METTL3组,WT PCBP2的转录水平降低,但突变体PCBP2没有降低。结论:(1)与癌旁组织相比,PCBP2在胶质瘤组织中高表达;PCBP2高表达与胶质瘤患者的低预后呈正相关;(2)在U251细胞中,PCBP2过表达可促进细胞增殖、迁移和侵袭,降低氧化应激诱导的细胞凋亡;沉默PCBP2可以抑制细胞增殖、迁移和侵袭,增加氧化应激诱导的细胞凋亡;(3)PCBP2通过靶向c GAS/STING通路抑制胶质瘤进展;PCBP2蛋白与c GAS相互关联,且c GAS是PCBP2的下游作用靶点之一;(4)METTL3介导的m6A修饰特异性增强PCBP2的稳定性。(5)PCBP2通过靶向METTL3介导的m6A修饰c GAS/STING信号通路降低氧化应激诱导的胶质瘤的凋亡,阻断PCBP2是一种潜在的治疗胶质瘤的方法,并且在本研究中揭示了一条生化途径,可能是预防胶质瘤氧化应激诱导死亡的可能靶点。
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