KLF6/QKI-5/TGFβR1轴调控TGF-β/SMAD信号通路抑制肺腺癌EMT、侵袭和转移的机制研究

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研究背景与目的:肺癌是全球范围内威胁人类生命健康的头号杀手,非小细胞肺癌约占全部肺癌的85%,主要包括腺癌、鳞癌和大细胞癌。其中,肺腺癌(lung adenocarcinoma,LUAD)是非小细胞肺癌最常见的亚型,具有高度异质性和强侵袭性特点。目前,转移仍然是引起肿瘤患者死亡的首要因素,约90%的癌症患者死亡是由转移所引起。上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是早期肿瘤转化成为晚期恶性肿瘤的关键事件,与肿瘤细胞的侵袭和转移密切相关。TGF-β/SMAD信号通路诱导EMT广泛参与非小细胞肺癌的侵袭和转移进程。RNA结合蛋白(RNA binding proteins,RBPs)QKI-5(quaking 5)是信号转导与 RNA 活化蛋白(signal transduction and activation of RNA,STAR)家族中的一员,是关键的转录后调控因子,其异常表达与多种肿瘤的发生和发展密切相关。生物信息学分析和前期实验证实,QKI-5是转移性LUAD的特异RBP,其在LUAD中低表达,尤其在转移性LUAD中进一步低表达,预示QKI-5可能参与LUAD的侵袭和转移过程。然而,QKI-5在TGF-β/SMAD信号通路调控肺腺癌(LUAD)EMT和转移中的功能及其分子机制尚不明确,且QKI-5在LUAD中表达下调的原因和机制仍未阐释清楚。本研究旨在探讨LUAD中QKI-5低表达的转录调控机制,以期揭示QKI-5在LUAD侵袭和转移中的重要作用,进一步阐明KLF6/QKI-5/TGFβR1轴调控TGF-β/SMAD信号通路抑制LUAD的EMT、侵袭和转移的分子调控机制,为深入理解LUAD的转移机制提供新的理论基础,为临床LUAD的早期诊断和精准治疗提供新的科学依据。研究方法:(1)利用生物信息学方法从多个肺癌表达谱芯片数据中筛选肺腺癌关联的差异表达RBPs(RNA结合蛋白)和TFs(转录因子)。(2)收集临床LUAD组织及其对应癌旁组织,应用qRT-PCR和Western blot方法验证生信数据,并进一步检测、分析KLF6、QKI-5、TGFβR1和相关分子在组织样本中的表达,及其表达间的相关性。(3)采用慢病毒感染技术建立稳定过表达QKI-5及稳定敲降QKI-5、TGFβR1的LUAD稳转细胞株;构建TGFβR1表达质粒,在LUAD细胞中瞬时过表达TGFβR1;利用siRNAs干扰技术实现对兴趣基因的靶向敲降。(4)运用划痕-愈合实验、Transwell迁移和侵袭等实验手段检测LUAD细胞的迁移和侵袭能力。(5)建立肺癌转移裸鼠模型,检测、分析LUAD细胞的体内转移能力。(6)运用qRT-PCR和Western blot方法测定KLF6、QKl-5、TGFβR1、TGF-β/SMAD信号通路和下游EMT分子标志物(p-SMAD3、SMAD3、E-cadherin、N-cadherin 和 Snail)以及其它相关分子的表达水平。(7)应用RNA-蛋白免疫共沉淀(RIP)、RNA pull-down、荧光素酶报告基因(luciferase report assay)、qRT-PCR 和 Western blot 等技术分析 QKI-5 对TGFβR1 转录后水平的靶向作用机制。(8)应用染色质免疫沉淀技术(ChIP)、荧光素酶报告基因(luciferase report assay)、qRT-PCR 和 Western blot 等实验方法验证 KLF6 对QKI-5转录水平的靶向作用机制。(9)综合运用上述实验方法,开展回复实验,在TGF-β诱导LUAD细胞的EMT和侵袭中,验证KLF6、QKI-5和TGFβR1三者间的轴向调控关系。研究结果:(1)通过生物信息学分析和临床组织样本检测,我们筛选出一个肺腺癌关联的低表达RBP(RNA结合蛋白)——QKI-5,其在肺腺癌组织中低表达,且在转移性肺腺癌组织中进一步低表达,且其低表达与肺腺癌的不良预后相关。(2)利用QKI-RIP-seq芯片数据进行KEGG分析,发现TGF-β/SMAD信号通路上游受体TGFβR1是QKI的潜在调控靶标。实验进一步证实QKI-5通过促进TGFβR1 mRNA的降解在转录后水平负向调控TGFβR1,进而抑制TGF-β/SMAD信号通路。(3)过表达QKI-5能够抑制TGF-β1诱导的LUAD细胞的EMT、侵袭和体内转移能力;而敲降QKI-5则显著促进TGF-β1诱导的LUAD细胞的EMT、侵袭和体内转移能力。(4)回复实验证实在TGF-β1诱导LUAD细胞的EMT、侵袭和体内转移过程中,QKI-5依赖负调控TGFβR1发挥抑制作用。(5)生信分析发现QKI-5是KLF6潜在的转录调控靶标,实验证实KLF6能够转录激活QKI-5。在肺腺癌组织中KLF6呈低表达,这是QKI-5下调表达的重要调控机制之一。(6)回复实验证实在KLF6依赖QKI-5负调控TGFβR1的表达,进而抑制LUAD细胞的EMT、侵袭和体内转移能力。(7)KLF6在LUAD组织样本中低表达,并与QKI-5的表达呈正相关;而TGFβR1在LUAD组织样本中高表达,且与QKI-5的表达呈负相关。研究结论:在本研究中,我们鉴定出一个转移性肺腺癌特异的RBP——QKI-5,明确了其在肺腺癌尤其是转移性肺腺癌组织中低表达,并揭示了 QKI-5通过负向调控TGFβR1和TGF-β/SMAD信号通路,抑制TGF-β1诱导的LUAD细胞EMT、侵袭和体内转移能力的分子作用机制。此外,我们还首次报道了 LUAD中KLF6转录调控作用下QKI-5下调表达的新机制。最终,我们阐明了 KLF6/QKI-5/TGFβR1轴调控TGF-β/SMAD信号通路,抑制肺腺癌EMT、侵袭和转移的分子机制,为深入理解LUAD的转移机制提供新的理论基础,为临床LUAD的早期诊断和精准治疗提供新的科学依据。
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