亮氨酸缺失诱导C2C12细胞自吞噬过程中microRNAs的鉴定与功能分析

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支链氨基酸(branched-chain amino acids,BCAAs)是一组在碳链上具有支链结构的脂肪族中性氨基酸,包括亮氨酸(Leucine)、异亮氨酸(Isoleucine)和缬氨酸(Valine),均为动物体内不能合成的必需氨基酸,支链氨基酸尤其是亮氨酸对哺乳动物蛋白质合成和骨骼肌蛋白质周转调节等方面具有重要的生物学功能。最近研究表明亮氨酸可作为介导哺乳动物细胞生物大分子降解的细胞自吞噬的重要调节分子,主要通过mTOR-ULK1复合体的机制调节自吞噬的活性。微小RNA(microRNAs, miRNAs)是生物体内源一类长度约为20~23个核苷酸的非编码小RNA分子,通过与靶 mRNA互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控,促进靶 mRNA的降解或翻译抑制。越来越多的研究报告表明microRNA具有调节细胞增殖、死亡、神经细胞分化、个体发育等生物学功能, microRNA的发现为人们提供了一种全新的角度来认识生物基因和基因表达调控的本质,但是 microRNA在细胞自吞噬尤其是亮氨酸介导的自吞噬中的作用有待阐明。  本研究通过 microRNA芯片技术结合荧光定量 PCR技术筛选亮氨酸缺失诱导C2C12成肌细胞自吞噬发生过程中的差异表达 microRNA,利用生物信息学结合双荧光素酶报告基因试验技术、western blot技术验证候选microRNA的靶基因,并通过microRNA转染试验验证候选microRNA在亮氨酸缺失诱导的C2C12成肌细胞自吞噬发生过程中的作用,取得如下主要结果:  1.如同其他细胞系一样,亮氨酸缺失可以有效诱导C2C12成肌细胞的自吞噬活性,通过共聚焦显微镜观察LC3与LAMP1共定位及western blot检测自吞噬活性标志蛋白LC3-II与p62的表达水平,亮氨酸缺失4 h到8 h可以有效诱导C2C12成肌细胞的自吞噬活性(P<0.05),随着亮氨酸缺失时间的延长,自吞噬活性降低。  2.亮氨酸可以作为 C2C12成肌细胞细胞周期的调节物,亮氨酸缺失将诱导C2C12成肌细胞G1期细胞所占比例显著性增加,而S期细胞所占比例显著性降低(P<0.05),表明亮氨酸缺失诱导细胞周期停滞于G1期。  3.在亮氨酸缺失培养基培养的C2C12成肌细胞中,通过microRNA表达谱芯片技术,我们筛选到86个差异表达的microRNAs,进一步通过荧光定量PCR技术验证了其中一部分的表达变化。  4. microRNA芯片技术发现在亮氨酸缺失培养基培养的 C2C12成肌细胞中, miR-17 microRNA家族8个成员均发生表达抑制,荧光定量PCR技术发现miR-20a与miR-106b下调倍数尤为明显,且在C2C12成肌细胞中存在同样的现象。  5.通过研究miR-20a/miR-106b的转录因子c-myc发现,亮氨酸缺失的C2C12成肌细胞与肌细胞中c-myc表达均受到抑制,因此推测亮氨酸缺失诱导C2C12成肌细胞与肌细胞中miR-20a/miR-106b的表达抑制是后者转录因子c-myc的表达抑制介导的。  6.通过生物信息学分析结合双荧光素酶报告基因技术与 western blot技术发现自吞噬发生早期重要基因ULK1是miR-20a/miR-106b的靶基因,miR-20a/miR-106b可结合于ULK1的mRNA3’-UTR的485-491bp处并以转录后基因沉默的模式抑制靶基因ULK1的蛋白质翻译。  7.通过共聚焦显微镜观察LC3与LAMP1共定位及western blot检测自吞噬活性标志蛋白LC3-II与p62的表达水平发现miR-20a或miR-106b转染的C2C12成肌细胞对亮氨酸缺失诱导的自吞噬活性不再敏感,miR-20a/miR-106b可抑制亮氨酸缺失诱导的C2C12成肌细胞的自吞噬活性。  综合所有的试验结果,我们提出了以下结论:亮氨酸缺失诱导C2C12成肌细胞自吞噬活性是miR-20a/miR-106b介导的,亮氨酸缺失通过抑制转录因子c-myc的表达导致miR-20a/miR-106b的表达抑制,导致ULK1蛋白表达上调从而诱导自吞噬的发生。
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