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文檔簡介
1、研究背景:
結(jié)直腸癌是我國最常見的惡性腫瘤之一,由于早期發(fā)現(xiàn)和治療方法的進(jìn)步,結(jié)直腸癌的死亡率在過去三十年有一定程度下降,但隨著人們生活水平的提高以及生活方式的改變,近年來我國的結(jié)直腸癌發(fā)病率卻有所上升。侵襲轉(zhuǎn)移是結(jié)直腸癌治療失敗導(dǎo)致患者死亡的最主要原因。因此,探討與結(jié)直腸癌侵襲轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的因素勢在必行。
惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展是一個多因素、多步驟的復(fù)雜生物學(xué)行為過程。對惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展、浸潤及轉(zhuǎn)移機(jī)制和尋
2、求新的特效治療方法與手段一直是研究熱點。近年來微小RNA(microRNA,miRNA)逐漸被研究者重視,成為腫瘤研究的熱點。miRNA是真核生物細(xì)胞中一類長度約為18-24核苷酸的內(nèi)源性非編碼小分子RNA。它由DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生,但并不翻譯蛋白質(zhì),而是在蛋白質(zhì)合成中起調(diào)節(jié)其他基因的功能,是調(diào)控其他蛋白質(zhì)編碼基因的基因。miRNA通過與靶基因mRNA的3'-非編碼區(qū)(3'-untranslated region,3'-UTR)以完全或不完全
3、互補(bǔ)配對的方式結(jié)合,降解或者抑制靶基因mRNA。miRNA與基因之間的作用是錯綜復(fù)雜的,一個miRNA可調(diào)控多個基因的mRNAs,一個基因的mRNAs也可由多個miRNAs調(diào)控,此外,基因也可參與對miRNAs的調(diào)控。
miR-200家族是近年來研究的熱點,miR-200a作為miR-200家族(包括miR-200a,miR-200b,miR-200c,miR-114,miR-429)的一員在多種腫瘤中表達(dá)下調(diào),主要通過調(diào)
4、控上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)過程,對腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移起到關(guān)鍵作用。腫瘤細(xì)胞EMT的發(fā)生包括諸多因素,主要有轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)上調(diào)以及各種信號通路激活。大量研究表明AKT和ERK信號通路的激活在結(jié)直腸癌EMT的發(fā)生中起到重要作用,另外有報道稱在人肝癌細(xì)胞系和人胰腺癌細(xì)胞系中miR-200a能通過其靶基因調(diào)控AKT信號通路活性,但在人結(jié)直腸癌中miR-200a、EMT和AKT/ERK
5、信號通路三者間的關(guān)系尚未見相關(guān)報道。在大多數(shù)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程中,miR-200a充當(dāng)抑癌基因的功能。miR-200a在結(jié)直腸癌的表達(dá)情況各報道不盡一致,有研究顯示miR-200a在結(jié)直腸癌中表達(dá)下調(diào),但也有研究稱miR-200a在結(jié)直腸癌的表達(dá)是上調(diào)的,對于miR-200a在結(jié)直腸癌中的生物學(xué)作用及機(jī)制少見報道。本研究組前期研究顯示miR-200a在結(jié)直腸癌組織和細(xì)胞中表達(dá)是下調(diào)的,并且miR-200a與結(jié)直腸癌組織分化和侵襲轉(zhuǎn)移潛
6、能相關(guān),在此基礎(chǔ)上,本研究通過在三種人結(jié)直腸癌細(xì)胞系中上調(diào)或下調(diào)miR-200a的表達(dá)觀察其對結(jié)直腸癌細(xì)胞生物學(xué)行為的影響,并檢測EMT相關(guān)標(biāo)志物及AKT/ERK信號通路相關(guān)蛋白變化,探討結(jié)直腸癌中miR-200a與EMT的關(guān)系及相關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制。
EMT最初在胚胎發(fā)育過程中如原腸胚形成、腎器官發(fā)育及神經(jīng)嵴形成中被描述。隨著EMT在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中的作用被廣泛研究,普遍認(rèn)為發(fā)生EMT的腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移能力更強(qiáng),能夠發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移的癌
7、細(xì)胞EMT特征往往較明顯。然而,從非侵襲性腫瘤到侵襲性腫瘤是否真正存在EMT仍然存在爭議。一個最主要的質(zhì)疑觀點就是原發(fā)性腫瘤與其轉(zhuǎn)移性腫瘤具有組織病理學(xué)相似性。有研究稱EMT細(xì)胞和非EMT細(xì)胞共同協(xié)作完成遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移過程,EMT細(xì)胞負(fù)責(zé)降解細(xì)胞周圍基質(zhì),為非EMT細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移開路,最終能在遠(yuǎn)處部位定植的是非EMT細(xì)胞而不是EMT細(xì)胞。甚至有學(xué)者質(zhì)疑腫瘤發(fā)生EMT的真實性。為了解釋這些疑點,在轉(zhuǎn)移部位的間質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化(mesenchyma
8、l-epithelial transition,MET)作為一個假設(shè)在轉(zhuǎn)移性腫瘤形成過程中被提了出來。根據(jù)這個假設(shè),發(fā)生EMT的細(xì)胞改變其黏附性及激活蛋白質(zhì)分解而具備移動性,允許它們離開原發(fā)腫瘤,在遠(yuǎn)處部位建立繼發(fā)腫瘤。在遠(yuǎn)處部位定植過程中,一個逆轉(zhuǎn)的過程—MET發(fā)生了,轉(zhuǎn)移性腫瘤重新獲得了上皮表型。MET的假設(shè)可以很好地解釋原發(fā)性腫瘤與其轉(zhuǎn)移性腫瘤為何具有組織病理學(xué)相似性。但是,對腫瘤轉(zhuǎn)移過程MET的發(fā)生至今仍然缺乏直接實驗證據(jù)。本研
9、究通過探討結(jié)直腸癌與其淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌組織及結(jié)直腸癌細(xì)胞系SW480、SW620的EMT特征差異,期望進(jìn)一步了解EMT在結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移中的作用。并且通過對比多種上皮性腫瘤的原發(fā)癌、轉(zhuǎn)移癌與其癌栓的組織形態(tài)學(xué)特點及E-cadherin和Vimentin表達(dá)情況,從組織學(xué)水平探討腫瘤細(xì)胞在轉(zhuǎn)移過程中是否遵循EMT-MET機(jī)制。
為了深入了解結(jié)直腸癌發(fā)病的分子機(jī)制和尋找新的治療靶點,本課題著重進(jìn)行了如下研究,來探討miR-200a和E
10、MT在結(jié)直腸癌中的作用。
目的:
1.探討通過上調(diào)和下調(diào)miR-200a的表達(dá)對人結(jié)直腸癌細(xì)胞生物學(xué)行為的影響。
2.通過觀察在人結(jié)直腸癌細(xì)胞中下調(diào)和上調(diào)miR-200a表達(dá)對EMT相關(guān)標(biāo)志物及AKT/ERK信號通路相關(guān)蛋白表達(dá)的影響,探討結(jié)直腸癌細(xì)胞中miR-200a與EMT的關(guān)系及相關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制。
3.通過對比多種上皮性腫瘤的原發(fā)癌、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌與其癌栓的組織形態(tài)學(xué)特點及E-ca
11、dherin和Vimentin表達(dá)情況,從組織學(xué)水平探討EMT在腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移過程中的作用。
4.探討結(jié)直腸癌與其淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌組織及結(jié)直腸癌細(xì)胞系SW480、SW620的EMT特征差異,進(jìn)一步了解EMT在結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移中的作用。
方法:
1.將inhibitor/miR-200a和mimics/miR-200a分別瞬時轉(zhuǎn)染入結(jié)直腸癌細(xì)胞系HCT116、SW480和LoVo、SW480來下調(diào)和上調(diào)mi
12、R-200a的表達(dá),通過實時熒光定量PCR檢測下調(diào)和上調(diào)效果,然后通過CCK-8、TUNEL法、Transwell遷移實驗及同質(zhì)性細(xì)胞黏附實驗檢測細(xì)胞的增殖、凋亡、遷移和黏附能力;實時熒光定量PCR和細(xì)胞蠟塊免疫化學(xué)方法檢測E-cadherin和Vimentin在mRNA和蛋白水平的表達(dá)變化;Western Blot檢測細(xì)胞中相關(guān)基因( PTEN、p-AKT、p-ERK1/2、AKT、ERK2、CD147、MMP-9)在蛋白水平的表達(dá)變
13、化。
2.生物信息學(xué)方法預(yù)測miR-200a與PTEN結(jié)合情況。
3.59例經(jīng)病理診斷證實的原發(fā)性腺癌或原發(fā)性鱗狀細(xì)胞癌及其淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌患者的68個石蠟組織標(biāo)本,其中高分化癌組織13例,中分化癌11例,低分化癌30例,淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌14例,每例均有血管內(nèi)或淋巴管內(nèi)癌栓。挑選同一切面上同時具有癌組織(包含原發(fā)癌或淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌)及癌栓的蠟塊進(jìn)行HE染色觀察形態(tài)及免疫組織化學(xué)檢測E-cadherin和Vimentin
14、表達(dá)。
4.實時熒光定量PCR檢測結(jié)直腸癌細(xì)胞系SW480和SW620 E-cadherin和Vimentin的mRNA表達(dá);免疫組化檢測30例配對結(jié)直腸癌及其轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的石蠟組織標(biāo)本中E-cadherin和Vimentin的表達(dá),HE染色觀察30例配對結(jié)直腸癌及其淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌組織形態(tài)以及SW480和SW620的細(xì)胞形態(tài)。
結(jié)果:
1.下調(diào)miR-200a的表達(dá)對HCT116和SW480的影響<
15、br> 下調(diào)HCT116和SW480中miR-200a的表達(dá)后,實時熒光定量PCR檢測48h抑制效率分別約為50.9%和54.4%。CCK-8法顯示,HCT116和SW480各自三組間細(xì)胞增殖能力存在顯著性差異(分別F=4.009,P=0.031;F=6.122,P=0.004),兩種細(xì)胞的miR-200a/inhibitor組的增殖能力均比blank組和negative control組顯著增加(P=0.038,P=0.034和
16、P=0.004,P=0.003);Transwell遷移實驗顯示,HCT116和SW480各自三組間細(xì)胞的穿膜數(shù)量存在顯著性差異(分別F=102.452,P=0.000;F=41.632,P=0.000),兩種細(xì)胞的miR-200a/inhibitor組的穿膜數(shù)量均比blank組和negative control組顯著增多(全部P=0.000);TUNEL法檢測顯示,HCT116和SW480的各自三組間凋亡指數(shù)存在顯著性差異(分別F=1
17、9.932,P=0.000;F=34.720,P=0.000),兩種細(xì)胞的miR-200a/inhibitor組的凋亡指數(shù)均比blank組和negative control組顯著減少(分別P=0.003,P=0.003和P=0.001,P=0.000);同質(zhì)性細(xì)胞黏附實驗顯示,HCT116和SW480的同質(zhì)性黏附能力較negative control組顯著減弱(分別t=8.060,P=0.000; t=3.668,P=0.004);實時
18、熒光定量PCR檢測結(jié)果顯示,miR-200a表達(dá)下調(diào)后,在mRNA水平E-cadherin表達(dá)顯著下降(分別t=-27.163,P=0.001;t=-5.079,P=0.037)、Vimentin的表達(dá)顯著升高(分別t=75.054,P=0.000; t=14.068,P=0.005);細(xì)胞免疫化學(xué)結(jié)果顯示,下調(diào)miR-200a的表達(dá)后,HCT116和SW480 E-cadherin的表達(dá)減弱、Vimentin的表達(dá)增強(qiáng)。Western
19、 Blot顯示下調(diào)miR-200a后,HCT116和SW480 PTEN的表達(dá)減弱,p-AKT、p-ERK1/2,CD147和MMP-9的表達(dá)增強(qiáng),而AKT,ERK2表達(dá)無變化。
2.上調(diào)miR-200a的表達(dá)對LoVo和SW480的影響
上調(diào)LoVo和SW480中miR-200a的表達(dá)后,實時熒光定量PCR檢測48hmiR-200a/mimics組表達(dá)倍數(shù)為negative control組2053倍和10
20、2倍。CCK-8法顯示LoVo和SW480各自三組間細(xì)胞增殖能力存在顯著性差異(分別F=101.928,P=0.000; F=27.583,P=0.000),兩種細(xì)胞的miR-200a/mimics組的增殖能力均比blank組和negative control組顯著減弱(全部P=0.000);Transwell遷移實驗顯示,LoVo和SW480各自三組間細(xì)胞的穿膜數(shù)量存在顯著性差異(分別F=119.464,P=0.000; F=58.6
21、70,P=0.000),兩種細(xì)胞的miR-200a/mimics組的穿膜數(shù)量均比blank組和negative control組顯著減少(全部P=0.000);TUNEL法檢測顯示,LoVo和SW480的各自三組間凋亡指數(shù)存在顯著性差異(分別F=25.620,P=0.000;F=25.159, P=0.000),兩種細(xì)胞的miR-200a/mimics組的凋亡指數(shù)均比blank組和negative control組顯著增多(全部P=0.
22、000);同質(zhì)性細(xì)胞黏附實驗顯示上調(diào)miR-200a的表達(dá)后,LoVo和SW480的同質(zhì)性黏附能力較negative control組顯著增強(qiáng)(分別t=-4.250,P=0.005; t=-4.190,P=0.006);實時熒光定量PCR檢測顯示,miR-200a表達(dá)上調(diào)后,LoVo和SW480在mRNA水平的E-cadherin表達(dá)顯著增加(分別t=15.006,P=0.004; t=23.844,P=0.002)、Vimentin的
23、表達(dá)顯著減少(分別t=-6.010,P=0.027; t=-9.081,P=0.012);細(xì)胞免疫化學(xué)顯示上調(diào)miR-200a表達(dá)后,LoVo和SW480 E-cadherin的表達(dá)增強(qiáng)、Vimentin的表達(dá)減弱。Western Blot顯示上調(diào)miR-200a后,LoVo和SW480 PTEN的表達(dá)增強(qiáng),p-AKT、p-ERK1/2、CD147和MMP-9的表達(dá)減弱,而AKT,ERK2表達(dá)無變化。
3.生物信息學(xué)軟件預(yù)
24、測顯示PTEN是miR-200a的潛在靶基因。
4.癌組織與癌栓具有相似形態(tài)特征;54例原發(fā)性癌組織E-cadherin和Vimentin陽性分別為50例和23例,其癌栓陽性分別為51例和22例,經(jīng)統(tǒng)計兩者的E-cadherin和Vimentin表達(dá)差異無統(tǒng)計學(xué)意義(分別Z=-0.248,P=0.804;Z=-0.199,P=0.842);14例淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移性癌組織E-cadherin和Vimentin陽性分別為12例和6例
25、,其癌栓E-cadherin和Vimentin陽性分別為12例和7例,兩者的E-cadherin和Vimentin表達(dá)差異無統(tǒng)計學(xué)意義(分別Z=-1.727,P=0.084;Z=-0.154,P=0.878);癌組織(包含原發(fā)癌或淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌)及其癌栓的E-cadherin和Vimentin的表達(dá)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(分別Z=-0.824,P=0.410;Z=-0.222,P=0.824);癌栓部分癌細(xì)胞高表達(dá)E-cadherin而Vim
26、entin缺失,部分癌細(xì)胞高表達(dá)Vimentin而E-cadherin缺失。
5.SW480與SW620中E-cadherin和Vimentin的mRNA表達(dá)差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(分別t=10.837,P=0.008; t=4.796,P=0.041),均以后者為高;E-cadherin和Vimentin在結(jié)直腸癌與其淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌組織中的表達(dá)差異無統(tǒng)計學(xué)意義(分別Z=-0.235,P=0.814; Z=-0.479,P=0.
27、632)。部分淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌中E-cadherin的表達(dá)高于結(jié)直腸癌(4/30),且Vimentin表達(dá)比結(jié)直腸癌弱,甚至表達(dá)缺失(6/30);結(jié)直腸癌與其淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌組織具有相似的形態(tài)學(xué)特征;SW480和SW620兩者形態(tài)類似。
結(jié)論:
1.miR-200a在人結(jié)直腸癌中起抑癌基因作用,miR-200a表達(dá)的下調(diào)能減弱結(jié)直腸癌細(xì)胞間黏附能力,增加細(xì)胞遷移、增殖能力而阻遏凋亡,從而影響結(jié)直腸癌的進(jìn)展。
28、 2.miR-200a能調(diào)控結(jié)直腸癌細(xì)胞EMT,并通過調(diào)節(jié)、控制AKT/ERK通路活性及其上下游眾多重要基因而最終影響結(jié)直腸癌EMT,從而在結(jié)直腸癌中起到多功能的生物學(xué)調(diào)控作用包括細(xì)胞增殖、凋亡、黏附、遷移和侵襲轉(zhuǎn)移。
3.原發(fā)癌及其淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌、癌栓三者EMT特征無顯著差異;癌栓細(xì)胞既有EMT細(xì)胞也有非EMT細(xì)胞,推測發(fā)生EMT的腫瘤細(xì)胞改變它們的黏附性及激活蛋白質(zhì)分解而具備移動性,允許它們離開原發(fā)腫瘤進(jìn)入脈管;進(jìn)入
29、脈管的部分EMT細(xì)胞發(fā)生了MET從而癌栓細(xì)胞既有EMT細(xì)胞也有非EMT細(xì)胞,而未發(fā)生MET的EMT細(xì)胞為遠(yuǎn)處部位建立轉(zhuǎn)移癌灶提供了可能;在轉(zhuǎn)移癌灶中部分癌細(xì)胞發(fā)生MET,重新獲得上皮表型,部分癌細(xì)胞仍保留EMT特征,所以原發(fā)癌及其淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌的EMT特征無顯著差異,而部分癌細(xì)胞保留EMT特征可能是更遠(yuǎn)部位發(fā)生轉(zhuǎn)移的原因。
4.結(jié)直腸癌與其淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移癌組織和細(xì)胞的EMT特征無顯著差異,推測機(jī)制與結(jié)論3相同,但這需要進(jìn)一步實驗
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