杜旭召,楊豪,鄧素玲,史棟梁,孟慶良
(河南省中醫(yī)院 骨傷科,河南 鄭州 450002)
髓鋅指基因1對(duì)骨肉瘤細(xì)胞增殖和凋亡的影響
杜旭召,楊豪,鄧素玲,史棟梁,孟慶良
(河南省中醫(yī)院 骨傷科,河南 鄭州 450002)
目的研究葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PD)和髓鋅指基因1(MZF-1)在骨肉瘤中的作用及其可能的作用機(jī)制。方法實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(qRT-PCR)檢測(cè)MZF-1和G6PD在骨肉瘤細(xì)胞中的表達(dá);MTT法檢測(cè)過(guò)表達(dá)MZF-1對(duì)骨肉瘤細(xì)胞增殖的影響;流式細(xì)胞儀檢測(cè)過(guò)表達(dá)MZF-1對(duì)骨肉瘤細(xì)胞凋亡及細(xì)胞周期的影響;熒光素酶報(bào)告基因分析法驗(yàn)證MZF-1與G6PD啟動(dòng)子區(qū)的相互作用關(guān)系。結(jié)果在骨肉瘤細(xì)胞中,MZF-1的表達(dá)下降,G6PD表達(dá)上升。過(guò)表達(dá)MZF-1可抑制骨肉瘤細(xì)胞增殖,促進(jìn)細(xì)胞凋亡,并且將細(xì)胞周期阻滯于G0/G1期。熒光素酶報(bào)告基因分析結(jié)果表明,MZF-1可靶向結(jié)合到G6PD的啟動(dòng)子區(qū)域并負(fù)向調(diào)控G6PD的表達(dá)。結(jié)論MZF-1可通過(guò)負(fù)向調(diào)節(jié)G6PD的表達(dá),在骨肉瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮抑癌的作用,為骨肉瘤治療提供新的思路。
髓鋅指基因1;葡萄糖-6-磷酸脫氫酶;骨肉瘤;增殖;凋亡;細(xì)胞周期
Abstract:ObjectiveTo investigate the effect of myeloid zinc finger gene 1 (MZF-1)and glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD)on progression of osteosarcoma and the underlying mechanisms.MethodsThe expression levels ofMZF-1and G6PD were determined by real-time PCR.MTT was utilized to examine the cellular proliferation.Apoptosis rate and cell cycle were measured by flow cytometry.The molecular interaction betweenMZF-1and G6PD was manifested by dual-luciferase reporter assay.ResultsMZF-1was down-regulated and G6PD was up-regulated in osteosarcoma cells.Over-expression ofMZF-1inhibited osteosarcoma cell proliferation,increased cellular apoptosis,and induced cell cycle arrest on G0/G1phase.Dual-luciferase reporter assay showed thatMZF-1bonded to the promoter region of G6PD and negatively regulated the transcription of G6PD.ConclusionsMZF-1exerts as a tumor suppressor by negatively regulating the expression of G6PD during the progression of osteosarcoma.
Keywords:myeloid zinc fingergene 1;glucose-6-phosphate dehydrogenase;osteosarcoma;cell proliferation;apoptosis;cell cycle
骨肉瘤是最常見(jiàn)的原發(fā)性惡性骨腫瘤之一,起源于間葉組織,常發(fā)生于兒童及青少年[1-2],以高惡性、早轉(zhuǎn)移、預(yù)后差及生存率低等為特點(diǎn)[3-4]。骨肉瘤最主要的治療方式為外科切除結(jié)合放化療,但其預(yù)后很差,轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)的患者長(zhǎng)期生存率<20%[5-6]。因此,研究新型的、高效低毒的抗人骨肉瘤藥成為骨肉瘤治療研究的重點(diǎn)。
髓鋅指基因 1(myeloid zinc finger gene 1,MZF-1)屬于鋅指蛋白Kruppel轉(zhuǎn)錄因子家族成員之一,含有13個(gè)C2H2鋅指結(jié)構(gòu),該鋅指結(jié)構(gòu)可與相應(yīng)靶基因啟動(dòng)子區(qū)域相結(jié)合,從而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)[7]。研究報(bào)道,MZF-1是一個(gè)雙功能的轉(zhuǎn)錄因子,其可以通過(guò)激活或者抑制靶基因的表達(dá)來(lái)調(diào)控細(xì)胞的分化、遷移和增殖。近年來(lái),MZF-1在多種腫瘤中的作用已被闡明,如MZF-1通過(guò)與p55PIK啟動(dòng)子上的“TGGGGA”元件結(jié)合,轉(zhuǎn)錄激活p55PIK,促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖[8];抑制MZF-1表達(dá)可抑制肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[9];而也有研究報(bào)道,MZF-1通過(guò)促使鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白誘導(dǎo)的鐵外排抑制前列腺腫瘤的生長(zhǎng)[10]。然而,MZF-1在骨肉瘤中的作用及其作用機(jī)制尚未見(jiàn)報(bào)道。
葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase,G6PD)是1個(gè)典型的管家基因,是磷酸戊糖途徑的關(guān)鍵酶,廣泛存在于生物體的組織和細(xì)胞中。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),G6PD與癌癥的發(fā)生有密切的關(guān)系,如黑色素瘤[11-12]、膀胱癌[13]、食管鱗癌等[14],廣泛參與細(xì)胞增殖、凋亡、侵襲及遷移等過(guò)程,但其在骨肉瘤發(fā)生發(fā)展中的作用尚不清楚。盧玲琳等利用生物信息學(xué)法方法研究發(fā)現(xiàn),人G6PD基因啟動(dòng)子區(qū)域存在MZF-1的結(jié)合位點(diǎn)[15],因此,本文旨在研究MZF-1是否可以通過(guò)調(diào)節(jié)G6PD的表達(dá)進(jìn)而抑制骨肉瘤的發(fā)生、發(fā)展及其具體作用機(jī)制的探討。
正常人成骨細(xì)胞系hFOB1.19和骨肉瘤細(xì)胞系MF-63、Saos2、HOS(購(gòu)自美國(guó) ATCC 公司),dulbecco's modified eagle media:nutrient mixture F-12(DMEM-F12)、洛斯維公園紀(jì)念研究所1640(roswell park memorial institute 1640,RPMI 1640)培養(yǎng)液、胎牛血清、青霉素及鏈霉素等(購(gòu)自美國(guó)Sigma公司),Trizol、放射免疫沉淀(Radio Immunoprecipitation assay,RIPA)裂解液(購(gòu)自美國(guó) Invitrogen公司),Prime ScriptTMRT-PCR Kit及 SYBR Premix EX Taq(購(gòu)自日本TaKaRa株式會(huì)社),Annexin V-FITC/PI細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒(購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司),細(xì)胞核蛋白提取試劑盒(購(gòu)自上海生工生物工程股份有限公司),MZF-1、G6PD、天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶3(Caspase-3)、B淋巴細(xì)胞瘤2基因(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)和 Bcl-2 相關(guān) X 蛋白(Bax)等一抗(購(gòu)自英國(guó)Abcam公司)。
正常人成骨細(xì)胞系hFOB1.19培養(yǎng)于DMEM-F12培養(yǎng)基(含10%胎牛血清,1%的青霉素及鏈霉素);骨肉瘤細(xì)胞MF-63、Saos2及HOS均培養(yǎng)在10%胎牛血清、100 u/ml青霉素和 100 μg/ml鏈霉素的RPMI 1640培養(yǎng)基中;所有細(xì)胞均培養(yǎng)在37℃,5%二氧化碳CO2培養(yǎng)箱中。
pcDNA3.1-MZF-1過(guò)表達(dá)載體(由廣州俊輝生物科技有限公司構(gòu)建合成)。具體方法為:首先在正常人成骨細(xì)胞系hFOB1.19中擴(kuò)增MZF-1基因,連接至pMD18-T載體測(cè)序鑒定,然后將測(cè)序正確的含有MZF-1目的片段的pMD-18T重組載體進(jìn)行EcoRⅠ及HindⅢ雙酶切并克隆到pcDNA3.1真核表達(dá)載體,挑選測(cè)序正確的過(guò)表達(dá)質(zhì)粒進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。分組:未轉(zhuǎn)染的骨肉瘤細(xì)胞HOS對(duì)照組(CK)、轉(zhuǎn)染空載組(pcDNA3.1-vector)、轉(zhuǎn)染 pcDNA 3.1-MZF-1的骨肉瘤細(xì)胞組(pcDNA3.1-MZF-1)。每孔以1×103個(gè)細(xì)胞濃度接種在96孔細(xì)胞培養(yǎng)板或5×105個(gè)細(xì)胞接種至6孔板中,待細(xì)胞長(zhǎng)至80%時(shí),按照LipofectamineTM2000說(shuō)明書將0.7 μg質(zhì)粒DNA和2 μl脂質(zhì)體各用RPMI 1640培養(yǎng)基稀釋于1.5 ml的離心管中,室溫靜置10 min后,將稀釋好的質(zhì)粒和脂質(zhì)體混合,靜置20 min后加入到不含血清的細(xì)胞培養(yǎng)板中,37℃培養(yǎng)5 h后,將培養(yǎng)液更換為含10%胎牛血清的培養(yǎng)液,繼續(xù)培養(yǎng)24、48及72 h。在熒光顯微鏡下觀察檢測(cè)轉(zhuǎn)染效率。
利用 Trizol提取 hFOB1.19、MF-63、Saos2、HOS及轉(zhuǎn)染HOS后各組細(xì)胞總RNA,利用Prime ScriptTM實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)Kit反轉(zhuǎn)錄成cDNA,最后用SYBR Premix EX Taq進(jìn)行qRT-PCR,目的基因表達(dá)量按照2-△△ct法計(jì)算。見(jiàn)表1。
收集細(xì)胞,加入RIPA裂解液,于冰上放置30 min后,15000 r/min離心10min。將30μg蛋白于10%十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰氨凝膠電泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gelelectrophoresis,SDSPAGE)凝膠中進(jìn)行電泳,然后轉(zhuǎn)移至聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜上,加入 5%脫脂奶粉進(jìn)行封閉。再加入相應(yīng)的一抗于4℃孵育過(guò)夜。最后加入二抗室溫孵育1 h后,利用ECL液顯影,掃描儀中成像。
表1 引物序列
按照1.2中所述的96孔板中轉(zhuǎn)染后,繼續(xù)培養(yǎng)24、48及72 h,分別向每孔加入 20 μl MTT 溶液,繼續(xù)培養(yǎng)4 h后,加入100 μl DMSO溶液,混勻后與酶標(biāo)儀490 nm處檢測(cè)吸光度值。
按照1.2中所述的6孔板中轉(zhuǎn)染后,繼續(xù)培養(yǎng)48 h,收集細(xì)胞,用PBS清洗3次,棄掉上清液,用100 μl結(jié)合緩沖液重懸細(xì)胞,加入10μl Annexin V-FITC和5 μl的PI,混勻后室溫避光反應(yīng)15 min,最后于流式細(xì)胞儀上檢測(cè)。
按照1.2中所述的6孔板中轉(zhuǎn)染后,繼續(xù)培養(yǎng)48 h,收集細(xì)胞,用PBS清洗3次,加入0.6 ml PI溶液(含 10mg/L RNase、0.1%Triton-100、50 mg/L PI),4℃避光反應(yīng)15 min后,于流式細(xì)胞儀檢測(cè)分析脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)含量。
G6PD轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)熒光素酶報(bào)告基因載體pGL3-G6PD-wt及相應(yīng)的突變載體pGL-G6PD-mut(由江蘇省南京科佰生物科技有限公司構(gòu)建),人骨肉瘤細(xì)胞以1.6×104濃度接種于48孔細(xì)胞培養(yǎng)板,24 h后按照LipofectamineTM2000試劑說(shuō)明書將200 ng的重組熒光素酶報(bào)告基因質(zhì)粒pGL3-G6PD-wt、pGLG6PD-mut與2ng的海腎熒光素酶報(bào)告載體pRL-TK共轉(zhuǎn)染到每孔細(xì)胞中,4 h后更換新鮮培養(yǎng)基,每組各重復(fù)3個(gè)孔。24 h后檢測(cè)螢火蟲和海腎熒光素酶活性,兩者的比值視為相對(duì)熒光素酶活性。分組:①空白對(duì)照組;②空載體PGL3-Basic,內(nèi)參質(zhì)粒pRL-TK共轉(zhuǎn)染組;③PGL3-G6PD、內(nèi)參質(zhì)粒pRL-TK共轉(zhuǎn)染組;④MZF-1組成型激活型表達(dá)質(zhì)粒、PGL3-G6PD、PRL-TK共轉(zhuǎn)染組;⑤MZF-1組成型活化型表達(dá)質(zhì)粒、PGL3-G6PD-mutant、PRL-TK 共轉(zhuǎn)染組。
數(shù)據(jù)分析采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件,計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,比較做單因素方差分析或重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)的方差分析,兩兩比較用LSD-t檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
經(jīng)單因素方差分析結(jié)果顯示:①不同組細(xì)胞中MZF-1、G6PD的表達(dá)水平比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=68.91和78.05,均P=0.000)。②與正常人成骨細(xì)胞hFOB1.19比較,MZF-1在3種骨肉瘤細(xì)胞中的表達(dá)下降,G6PD的表達(dá)上升(見(jiàn)表2)。Western blot結(jié)果同樣表明,MZF-1在3種骨肉瘤細(xì)胞中的表達(dá)下降,G6PD的表達(dá)上升。見(jiàn)圖1。
表2 各組MZF-1和G6PD的表達(dá) (±s)
表2 各組MZF-1和G6PD的表達(dá) (±s)
組別 MZF-1 mRNA相對(duì)表達(dá)量 G6PD mRNA相對(duì)表達(dá)量hFOB1.19 1±0.08 1±0.12 MF-63 0.45±0.04 2.47±0.13 Saos2 0.52±0.03 2.19±0.13 HOS 0.61±0.04 2.35±0.15
圖1 各組MZF-1和G6PD的表達(dá)
轉(zhuǎn)染48 h后,轉(zhuǎn)染效率可達(dá)48%(見(jiàn)圖2)。采用重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)的方差分析結(jié)果顯示:同組細(xì)胞不同轉(zhuǎn)染時(shí)間后的細(xì)胞增殖情況比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=362.7,P=0.000);pcDNA3.1-MZF-1 轉(zhuǎn)染組細(xì)胞與CK組細(xì)胞增殖比較,在48及72 h差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=79.94和119.1,均P=0.000);與CK組比較,pcDNA3.1-MZF-1轉(zhuǎn)染組細(xì)胞增殖下降。見(jiàn)表3。
圖2 pcDNA3.1-MZF-1轉(zhuǎn)染HOS 48 h的轉(zhuǎn)染效率(×100)
表3 過(guò)表達(dá)MZF-1對(duì)HOS細(xì)胞增殖的影響 (±s)
表3 過(guò)表達(dá)MZF-1對(duì)HOS細(xì)胞增殖的影響 (±s)
組別 24 h 48 h 72 h CK 組 0.35±0.04 0.65±0.03 0.85±0.04 pcDNA3.1-vector組 0.32±0.02 0.61±0.03 0.88±0.04 pcDNA3.1-MZF-1組 0.30±0.02 0.42±0.02 0.51±0.03
與CK組比較,過(guò)表達(dá)MZF-1可促進(jìn)HOS細(xì)胞凋亡,凋亡率達(dá)到58.92%,為CK組的2.97倍(見(jiàn)圖3A)。其次,單因素方差分析結(jié)果顯示:①各組間Bax、Caspase-3及Bcl-2的表達(dá)水平比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=285.4、145.1 及 59.39,均 P=0.000);②與CK組比較,pcDNA3.1-MZF-1轉(zhuǎn)染組中的 Bax、Caspase-3的表達(dá)上升,Bcl-2的表達(dá)下降。見(jiàn)表4和圖3B。
圖3 過(guò)表達(dá)MZF-1對(duì)HOS細(xì)胞凋亡的影響
單因素方差分析結(jié)果顯示:①不同組中的G0/G1、S及G2期DNA含量比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=201.5、48.42 及 19.44;P=0.000、0.000 及 0002);②與CK組比較,MZF-1轉(zhuǎn)染組中G0/G1期DNA含量上升,S和G2期DNA含量下降。見(jiàn)圖4。
圖4 過(guò)表達(dá)MZF-1阻滯細(xì)胞周期于G0/G1期
表4 過(guò)表達(dá)MZF-1對(duì)Bax、Caspase-3及Bcl-2 mRNA相對(duì)表達(dá)量的影響 (±s)
表4 過(guò)表達(dá)MZF-1對(duì)Bax、Caspase-3及Bcl-2 mRNA相對(duì)表達(dá)量的影響 (±s)
組別 Bax Caspase-3 Bcl-2 CK組 1±0.08 1±0.08 1±0.08 pcDNA3.1-vector組 1.05±0.07 1.12±0.09 1.04±0.08 pcDNA3.1-MZF-1組 2.35±0.08 2.68±0.20 0.51±0.02
單因素方差分析結(jié)果顯示:①各組間的熒光素酶活性比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=77.99,P=0.000);②與其他組比較,MZF-1與PGL3-G6PD共轉(zhuǎn)染后,熒光素酶活性下降(見(jiàn)圖5),表明MZF-1可負(fù)向調(diào)節(jié)G6PD的轉(zhuǎn)錄活性。
Real-time PCR及Western blot法檢測(cè)過(guò)表達(dá)MZF-1對(duì)G6PD表達(dá)的影響,單因素方差分析結(jié)果顯示:①各組間MZF-1及G6PD的mRNA表達(dá)水平比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=259.3和93.97,均P=0.000);②與CK組比較,pcDNA3.1-MZF-1轉(zhuǎn)染組可促進(jìn)MZF-1的表達(dá),抑制G6PD的表達(dá)。見(jiàn)表5和圖6。
圖5 MZF-1可靶向調(diào)節(jié)G6PD的轉(zhuǎn)錄活性
圖6 過(guò)表達(dá)MZF-1對(duì)G6PD表達(dá)的影響
表5 過(guò)表達(dá)MZF-1對(duì)MZF-1及G6PD mRNA表達(dá)的影響 (±s)
表5 過(guò)表達(dá)MZF-1對(duì)MZF-1及G6PD mRNA表達(dá)的影響 (±s)
組別 MZF-1 G6PD CK組 1±0.088 1±0.091 pcDNA3.1-vector組PcDNA3.1-MZF-1組1.06±0.094 4.23±0.330 1.15±0.073 0.42±0.025
MZF-1廣泛參與腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡及轉(zhuǎn)錄調(diào)控等過(guò)程。如MZF-1在一些造血性惡性腫瘤和實(shí)體瘤中具有抑制腫瘤發(fā)展的作用[16];MZF-1通過(guò)促使鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白誘導(dǎo)的鐵外排抑制前列腺腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[10];過(guò)表達(dá)MZF-1可抑制人宮頸癌細(xì)胞的侵襲和遷移[17]。本研究結(jié)果表明,MZF-1在骨肉瘤細(xì)胞中的表達(dá)下降,且過(guò)表達(dá)MZF-1可抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖,促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的凋亡,且將細(xì)胞周期阻滯于G0/G1期,表明MZF-1在骨肉瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮抑癌的作用。
G6PD可催化葡萄糖-6-磷酸進(jìn)入戊糖磷酸途徑,一方面對(duì)葡萄糖-6-磷酸進(jìn)行分流促進(jìn)糖酵解的進(jìn)行,另一方面提供核糖5-磷酸和NADPH,作為核酸、脂肪酸和膽固醇等物質(zhì)合成的源來(lái),為腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖提供必要的條件[11]。研究報(bào)道,腫瘤細(xì)胞中的磷酸戊糖途徑活性高于正常細(xì)胞,其主要機(jī)制則為腫瘤細(xì)胞內(nèi)G6PD基因表達(dá)的增加。如在人黑色素瘤腫瘤模型小鼠中,G6PD可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖[18];G6PD還可以通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白D1/D2參與到人皮膚黑色素瘤A375細(xì)胞G1期向S期轉(zhuǎn)換的進(jìn)程[19]。此外,有研究報(bào)道,人G6PD基因啟動(dòng)子區(qū)域存在MZF1的結(jié)合位點(diǎn)[20],但是MZF-1對(duì)G6PD具體調(diào)控機(jī)制尚未明確。本研究結(jié)果證明,G6PD在骨肉瘤細(xì)胞中的表達(dá)上升,且熒光素酶活性驗(yàn)證MZF-1可靶向結(jié)合到G6PD啟動(dòng)子區(qū)域,并且過(guò)表達(dá)MZF-1可抑制G6PD的表達(dá)。MZF-1的轉(zhuǎn)錄抑制作用已在多種生物學(xué)過(guò)程中被證實(shí),如過(guò)表達(dá)MZF-1可通過(guò)靶向抑制MMP-2表達(dá)來(lái)抑制宮頸癌細(xì)胞的侵襲和遷移[21];MZF-1可通過(guò)抑制CD34和cmyB的表達(dá)抑制胚胎干細(xì)胞的血發(fā)生[22];因此,MZF-1通過(guò)轉(zhuǎn)錄抑制G6PD的表達(dá),進(jìn)而在骨肉瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮抑癌的作用。
綜上所述,本研究表明MZF-1可通過(guò)抑制G6PD的表達(dá),抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖,促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞凋亡的發(fā)生,并且還可以將細(xì)胞周期阻滯于G0/G1期,為骨肉瘤的治療提供新的思路。
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Effect ofMZF-1on proliferation and apoptosis osteosarcoma cells
Xu-zhao Du,Hao Yang,Su-ling Deng,Dong-liang Shi,Qing-liang Meng
(Department of Orthopedics and Traumatology,Henan Provincial Hospital of TCM,Zhengzhou,Henan 450002,China)
R730.5
A
10.3969/j.issn.1005-8982.2017.21.008
1005-8982(2017)21-0043-06
2017-01-11
孟慶良,E-mail:haoyanghn@163.com
中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志2017年21期