COMP在胃癌增殖、侵袭转移的机制研究

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背景:软骨寡聚体基质蛋白(COMP),又被称为血小板反应蛋白5,属于细胞外基质中分泌型蛋白的一种。近年来,随着细胞外基质在肿瘤中的研究不断深入,COMP对肿瘤的研究越来越受到学者们的重视。已有研究表明,COMP在结肠癌、乳腺癌、肝癌等肿瘤组织中高表达,是一种可靠的生物标志物并通过活化肿瘤信号通路推动肿瘤发生和发展。然而,目前COMP在胃癌研究中尚缺少可靠文献报道。癌症相关成纤维细胞(CAF)近年来成为肿瘤微环境(TME)的研究热点,研究表明,CAF在肿瘤侵袭转移起着至关重要的作用。本课题研究主要围绕CAF来源的COMP促进胃癌发生发展展开。方法:(1)采用NMF分型方法将胃癌患者分为ECM两个亚型,利用K-M法分析两个亚型胃癌患者生存预后,皮尔逊相关性统计方法分析两个亚型与免疫获益的关系。通过机器学习构建胃癌诊断模型,寻找胃癌核心基因。q RT-PCR、Western blot和免疫组化分析COMP在胃癌组织中的表达水平;基于免疫组化的结果,分析胃癌组织内和间质内COMP的表达与胃癌患者临床病理相关性。(2)利用q RT-PCR、Western blot分析COMP在胃癌细胞系表达情况,构建COMP慢病毒过表达和敲减载体,转染胃癌细胞,转染成功后,进一步通过CCK8、克隆形成、流式细胞仪、transwell检测胃癌细胞的增殖、侵袭转移能力。(3)采用裸鼠皮下成瘤和腹腔肠系膜移植瘤模型,体内探讨COMP对胃癌增殖、侵袭转移的影响。(4)通过构建质粒,质谱分析蛋白凝胶,蛋白质免疫共沉淀和免疫荧光共定位分析COMP与RNF114共表达情况。转录组测序和Western blot检测COMP调控信号通路蛋白表达情况。(5)生物信息学分析COMP与CAF的相关性;多重组织免疫荧光和免疫组化分析COMP与CAF生物标志物的定位及表达情况;提取CAF和NF原代细胞,免疫荧光和western blot验证CAF和NF;CAF和NF与COMP缺失的胃癌细胞共培养,观察CAF来源的COMP对胃癌增殖、侵袭转移的影响。结果:(1)NMF算法按照ECM相关基因将TCGA-STAD和GSE84433胃癌患者分为两个C1和C2两个亚型,K-M预后分析发现C2亚型胃癌患者的总体生存时间和无疾病生存时间要优于C1亚型。从免疫获益的角度分析,C2亚型中杀伤性免疫细胞丰度要远多余C1型,如:CD8+T细胞(p=0.044),中性粒(Neutrophils)细胞(p=4.3e^-6),自然杀伤性(NK)细胞(p=9.9e^-5);而C1型中的免疫抑制性细胞丰度要多于C2型,如:B细胞(p=6.7e^-8),内皮细胞(Endothelial cell)(p<2.22e^-16),成纤维细胞(Fibroblasts cell)(p<2.22e^-16),单核细胞(Monocytic cell)(p=0.022),髓系树突状细胞(Myeloid dendritic)(p=7e^-8);肿瘤微环境分析发现,C1亚型的基质含量远高于C2亚型。(2)机器学习构建了一个以7个胃癌特征基因(COMP、CTHRC1、COL1A1、FAP、CHI3L1、SPP1、SULF1)的诊断模型,该模型有诊断效能高达92.9%。(3)胃癌核心基因COMP在TCGA-STAD、GSE15459、GSE26901、GSE62254和GSE84433数据库中,K-M生存预后分析发现COMP高表达患者预后差。在胃癌组织中COMP m RNA和蛋白高表达,并且免疫组化分析发现COMP的表达与肿瘤浸润深度、淋巴结转移密切相关(p<0.001)。(4)q RT-PCR和Western blot结果表明,COMP在HGC27和MKN28细胞内高表达,在MGC803和MKN45细胞内高表达。过表达和敲减COMP的表达发现,COMP过表达促进胃癌细胞的增殖、侵袭能力,敲低则抑制胃癌细胞的增殖、侵袭能力。(5)质谱和免疫共沉淀分析发现COMP与RNF114共表达,细胞免疫荧光发现二者蛋白存在共定位情况,转录组测序和Western blot结果表明,COMP参与了PI3K/AKT信号通路的调控,从而影响胃癌进展。(6)免疫组化结果表明CAF表面标志物α-SMA与COMP的表达密切相关(p<0.0001);western blot和细胞免疫荧光证明,与NF相比,CAF细胞中高表达COMP;流式细胞仪和Transwell结果表明CAF来源的COMP能逆转COMP缺失的抗凋亡和侵袭转移能力,western blot结果进一步说明CAF来源的COMP可以调控PI3K/AKT信号通路介导EMT促进胃癌进展。结论:(1)ECM相关基因分型(C1型和C2型)能有效地指导胃癌患者预后,并且C2型胃癌患者免疫获益优于C1型患者。(2)机器学习筛选7个胃癌特征基因:COMP、CTHRC1、COL1A1、FAP、CHI3L1、SPP1、SULF1,并构建胃癌诊断模型,模型诊断效能高达92.9%。(3)K-M预后分析发现COMP是胃癌核心基因,胃癌组织中COMP m RNA和蛋白高表达,并且免疫组化分析发现COMP的表达与肿瘤浸润深度、淋巴结转移密切相关。(4)过表达COMP可以促进胃癌增殖、侵袭转移和抗凋亡能力,敲减则抑制胃癌细胞的生物学功能。(5)COMP与RNF114存在相互作用,协同影响胃癌发生发展。(6)COMP可以调控PI3K/AKT信号通路介导EMT促进胃癌增殖、侵袭转移等生物学功能。(7)COMP与CAF表面标志物α-SMA的表达密切相关,且CAF细胞中高表达COMP。(8)CAF来源的COMP能逆转COMP缺失的抗凋亡和侵袭转移能力,调控PI3K/AKT信号通路介导EMT促进胃癌进展。
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