应用RNA干扰和蛋白质组学技术研究鼻咽癌细胞中p53的功能

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鼻咽癌(Nasopharyngeal carcinoma,NPC)是常见的恶性肿瘤之一,好发于东南亚地区及我国南方各省市。病因学研究表明,鼻咽癌的发生与EB病毒感染、遗传易感性、饮食习惯及某些环境理化因素有关。鼻咽癌的发生是一个多基因参与、多步骤的复杂过程,其中抑癌基因失活和癌基因活化是肿瘤发生的重要原因。p53基因是极为重要的抑瘤基因,是迄今发现的与人类肿瘤相关性最高的基因,它能与特异性DNA序列结合并激活靶基因转录,具有阻滞细胞周期、启动细胞凋亡、维持基因组稳定性的作用。p53基因失活是多种肿瘤发生发展过程中的重要事件,至少50%以上的人类肿瘤存在p53基因高频率突变失活。与其他肿瘤相比,鼻咽癌中很少发生p53基因突变,但60%以上的鼻咽癌组织和几乎100%的鼻咽癌细胞株有p53蛋白高表达/聚集。有研究报道,p53蛋白过表达/聚集与鼻咽癌组织增生、血管密度、颅底侵袭、颈部淋巴结转移和患者预后密切相关,提示鼻咽癌中过表达的p53蛋白功能可能异常或失活,不能发挥阻滞细胞周期和诱导凋亡的生物学作用,但至今过表达的p53蛋白在鼻咽癌所发挥的功能以及其聚集的机制仍然不清楚,有待进一步地研究。RNA干扰(RNA imerference,RNAi)技术是一种靶基因表达沉默技术,也称为靶蛋白质剔除技术,在基因功能研究中它不仅可以和基因敲除技术媲美,而且具有快速、简便的优势,目前已广泛用于基因功能的研究。本研究应用RNAi技术稳定沉默鼻咽癌细胞系CNE2的p53基因的表达,通过分析打靶细胞中p53靶基因p21、MDM2表达及其细胞表型(细胞周期、细胞凋亡、细胞生物学特征)和放射敏感性的改变来探讨CNE2细胞中p53有无功能。然后采用高通量的蛋白质组学技术分离、鉴定稳定沉默p53基因表达的CNE2细胞株与空白载体转染的对照细胞株中差异表达的蛋白质,以寻找与p53功能相关的蛋白质。主要结果如下。(一)成功地构建了表达siRNAs的质粒pSUPER/sip53,建立了稳定沉默p53基因表达的CNE2sip53鼻咽癌细胞系和空白载体转染的CNE2/pSUPER鼻咽癌细胞系。稳定沉默p53基因表达后,经实时荧光定量PCR检测发现,两株p53干扰效果较好的细胞株CNE2sip53-1与CNE2sip53-2中p53的表达分别下调达99.9%和97.5%,p53靶基因p21下调达79.5%和74.7%、MDM2下调达81.9%和77.1%。而且6Gy照射后,经Western blot检测,稳定干扰p53的细胞系与对照细胞系(未转染的CNE2和CNE2/pSUPER细胞)相比,p21和MDM2蛋白的表达水平均明显下降,结果说明CNE2细胞中的p53具有转录调控功能。细胞生物学特性分析结果显示:(1)与对照组细胞CNE2比较,CNE2sip53-1和CNE2sip53-2细胞周期进程加快,G1期减少,S期增加,G1∶S比值分别下降了33.9%与26.4%(p<0.05),而CNE2/pSUPER细胞无明显改变;(2)CNE2sip53-1、CNE2sip53-2的生长速度比对照细胞的生长速度明显加快;(3)CNE2sip53-1、CNE2sip53-2的平板集落形成率分别为73%与72%,与对照组CNE2和CNE2/pSUPER的平板集落形成率43%与42%相比,有显著性差异(p<0.01);(4)CNE2sip53-1、CNE2sip53-2的软琼脂集落形成率分别为37%与34.1%,与对照组CNE2和CNE2/pSUPER软琼脂集落形成率20.5%与22.1%相比,有显著性差异(p<0.01);(5)与对照细胞比较,CNE2sip53-1细胞的裸鼠成瘤时间较早,且移植瘤体积明显增大(CNE2,1.22±0.25mm~3,n=6;CNE2/pSUPER,1.09±0.29mm~3,n=6;CNE2sip53-1,2.55±0.71mm~3,n=6,p<0.01)。采用照射不同剂量后各组细胞的存活分数绘制细胞存活曲线,多靶单击模型拟合数据以及Hoechest 33258染色观察细胞凋亡的方法,分析稳定沉默p53基因表达的CNE2鼻咽癌细胞的放疗敏感性的变化,结果显示:CNE2sip53-1,CNE2sip53-2细胞2Gy照射后的存活分数值分别为0.65和0.66,放射增敏比(SER)分别为0.79和0.78;而对照组CNE2和CNE2/pSUPER细胞2Gy照射后的存活分数值为0.41和0.40。6 Gy照射后CNE2sip53-1,CNE2sip53-2凋亡率分别为69.1%与68.4%,与对照组CNE2和CNE2/pSUPER凋亡率52.1%与53.2%相比,有显著性差异(p<0.05)。结果说明:稳定干扰CNE2细胞中p53的表达后,细胞生长速度加快,体内和体外增殖的能力加强,而放疗敏感性降低,CNE2细胞中的p53具有抑瘤功能。(二)采用双向聚丙烯酰胺凝胶电泳(Two-dimensional gel electrophoresis,2D)技术、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)分析和电喷雾串联质谱(ESI-Q-TOF-MS)分离鉴定了22个在CNE2sip53(即CNE2sip53-1)与CNE2/pSUPER细胞中差异表达的蛋白质。其中14种蛋白质包括HSP27,14-3-3σ,GRP78,HSP70等在CNE2sip53细胞中表达上调,8种蛋白质包括hnRNP K,eIF4B,TPT1等在CNE2sip53细胞中表达下调。Western blot分析验证了部分蛋白质如HSP27、14-3-3 0和GRP75在两株细胞系中的差异表达水平。免疫共沉淀结合Western blot分析证实部分蛋白质如HSP27,HSP70,GRP75和GRP78为CNE2细胞中p53蛋白的相互作用蛋白质。此外,HSP27反义核酸抑制CNE2细胞HSP27的表达后能下调p53的表达。结果说明:22个差异表达蛋白质可能与CNE2细胞的p53功能相关。综上所述,稳定沉默鼻咽癌细胞系CNE2的p53基因表达可导致p53靶基因p21、MDM2表达及其细胞表型和放射敏感性的改变,这表明鼻咽癌细胞中高表达/聚集的p53蛋白仍然具有转录调控功能和抑瘤作用。采用蛋白质组技术从CNE2细胞中鉴定了22个可能与p53功能相关的蛋白质,其中HSP27,HSP70,GRP75和GRP78可能通过与p53蛋白相互作用引起CNE2细胞中的p53蛋白高表达/聚集。研究结果不仅证实鼻咽癌细胞中高表达的p53蛋白具有抑瘤功能,而且为研究鼻咽癌的p53蛋白聚集的机制提供了重要依据和线索。
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