PLOS ONE: MIR-29a hämmar celltillväxt och inducerar cellcykelstopp genom nedreglering av p42.3 i Human Gastric Cancer

Abstrakt

Som en nyligen identifierats och karakteriserats genen, p42.3 förknippas med celltillväxt och tumörbildning. Uttrycket av p42.3 uppregleras i human magcancer (GC), men dess underliggande verkningsmekanismer är inte väl förstått. MicroRNAs (miRNA) är kända för att spela viktiga reglerande roller i många cellulära processer. Här har vi utnyttjade bioinformatik och experimentella metoder för att undersöka den rättsliga relationen mellan miRNAs och p42.3-genen. Vi visade att MIR-29a kan undertrycka p42.3 uttryck både mRNA och proteinnivåer via direkt bindning till dess 3'UTR. Vidare ett omvänt förhållande observerades mellan MIR-29a och p42.3 uttryck i gastric cancercellinjer och GC vävnadsprover, särskilt i de fall där p42.3 var nedregleras. Sammantaget har vi klar tidigare oredovisade roller MIR-29a och indikerade att MIR-29a kan fungera, åtminstone delvis, genom att rikta den p42.3-genen i human GC

Citation. Cui Y, Su WY Xing J, Wang YC Wang P, Chen XY, et al. (2011) MIR-29a hämmar celltillväxt och inducerar cellcykelstopp genom nedreglering av p42.3 i Human magcancer. PLoS ONE 6 (10): e25872. doi: 10.1371 /journal.pone.0025872

Redaktör: Alfons Navarro, universitetet i Barcelona, ​​Spanien

emottagen: 28 februari 2011; Accepteras: 13 september 2011. Publicerad: 5 oktober 2011

Copyright: © 2011 Cui et al. Detta är en öppen tillgång artikel distribueras enligt villkoren i Creative Commons Attribution License, som tillåter obegränsad användning, distribution och reproduktion i alla medier, förutsatt den ursprungliga författaren och källan kredit

Finansiering:. Detta arbete har finansierats med bidrag från National Basic Research program of China 973 program (2010CB5293, National högteknologi forsknings- och utvecklingsprogram Kina (863 program) (2006AA02A402, National Natural Science Foundation i Key program (nr 30.830.055) och ministeriet . of Public Health, Kina (nr 200.802.094) till FJY finansiärerna hade ingen roll i studiedesign, datainsamling och analys, beslut att publicera, eller beredning av manuskriptet

Konkurrerande intressen. författarna har förklarat att inga konkurrerande intressen existerar.

Introduktion

p42.3 är en ny gen som nyligen har isolerats och identifierats av mRNA differential display (mRNADD) teknik. fullängds-cDNA för p42 0,3 är ungefär 4,0 kb och genen kodar för ett 389 aminosyror (aa) protein som beräknas ha en molekylvikt på 42,3 kDa. Ytterligare forskning har visat att dess uttryck är cellcykelberoende i magcancer (GC) cellinjer. Dess proteinexpressions toppar under M-fasen av cellcykeln, innan den gradvis minskar efter celldelning; detta tyder på att p42.3 kan vara involverade i cellcykelreglering. Dessutom tysta p42.3 små störande RNA (siRNA) resulterar i uppreglering av CHK2 och nedreglering av cyklin B1, som är två viktiga proteiner involverade i cellcykelreglering [1], [2]. Medan RT-PCR och immunohistokemiska analyser har visat att p42.3 uppregleras i GC jämfört med normala vävnadsprover, har funktionell forskning föreslagit att utarmning av p42.3 inte bara kan leda till inhibering av GC cellproliferation och kolonibildning in vitro
, men kan också signifikant reducera tumorigenicitet i nakna möss [3]. Även tidigare studier har antytt en avgörande roll för p42.3-genen i patologin av GC, de specifika underliggande mekanismerna för sin talan återstår att klargöras.

MicroRNAs (miRNA) består av en klass av små (~ 22 nukleotider), endogena, icke-kodande RNA som är kända för att spela viktiga reglerings roller i genuttryck [4]. Den primära miRNA transkriptet kallas pri-miRNA [5], som transkriberas av RNA-polymeras II eller III [6], [7]. Pri-miRNA sedan klyvs av Drosha-DGCR8 mikroprocessor komplex för att producera föregångaren hårnål molekylen (pre-miRNA) som sedan exporteras från kärnan till cytoplasman genom exportin-5 /Ran-GTP. Med hjälp av en komplex som innehåller RNas Dicer och dubbelsträngade RNA-bindande protein, TRBP är ~ 70 nukleotider före miRNA bearbetas till moget miRNA [8]. Den funktionella strängen av det mogna miRNA laddas in i RNA-induced silencing complex (RISC), som innehåller proteinerna, Argonaute (Ago) och Tnrc6, medan den andra strängen är vanligtvis degraderas [9]. Den mogna miRNA guidar RISC till ofullkomliga komplementära sekvenser i mål-mRNA för att undertrycka den besläktade mRNA-translation, främja avskrift förfall, eller båda [10]. Det uppskattas att de flesta kodning gener troligen regleras av miRNA och samtidigt en miRNA kan reglera mer än en målgener kan vissa gener regleras av flera miRNA [11].

tyder Växande bevis för att miRNA är involverade i ett brett spektrum av fysiologiska och patologiska processer, inklusive utveckling, differentiering, proliferation och apoptos [12.13,14,15]. Även avvikelser i miRNA uttryck har fastställts i många humana tumörer, inklusive kolorektala, mag- och bröstcancer [16], [17], är antalet sådana tumörer fortfarande expanderar. De detaljerade funktioner miRNA i tumörer återstår att belysas.

Nya studier har antytt att MIR-29 har komplexa funktioner i olika sjukdomar. MIR-29a kan bete sig som en tumörsuppressor i både lunga och pankreascancercellinjer, och därmed exogena uttryck av MIR-29a resulterar i en signifikant minskning av invasiv potential och spridningen av dessa cellinjer [18]. Den tumörhämmande roll MIR-29a stöds också av den observerade nedreglering i ett brett spektrum av solida tumörer, inklusive neuroblastom, sarkom och hjärntumörer [19]. Däremot är MIR-29a uppregleras i indolent human kronisk lymfatisk leukemi (B-KLL) [20] och akut myeloisk leukemi (AML) [21], vilket tyder på en eventuell tumör promotor roll. Dessutom kan hittas avvikande uttryck av MIR-29a i många icke-maligna sjukdomar, inklusive leverfibros [22], diabetes [23] och Alzheimers sjukdom [24]. Även om många gener har redan bekräftats vara direkta mål för MIR-29a, såsom PPM1D [25], PI3K [26] och neuron navigator 3 [24], de utgör en mycket liten del av de totala gener som MIR-29a mål.

i denna rapport visar vi att p42.3 uttryck kontrollerades på halterna av både mRNA och protein av mIR-29a via direkt riktat 3'UTR av p42.3. MIR-29a skulle kunna undertrycka cellproliferation och inducerar cellcykelstopp, åtminstone delvis, via nedreglering av p42.3 uttryck. Dessutom fann vi att uttrycket av p42.3 protein omvänt korrelerad med MIR-29a uttryck i humana GC vävnader.

Resultat

p42.3-3'UTR är förmodat måltavla miR -29a

Förmodade miRNA som förutsades att rikta p42.3-genen med mer än en databas analyserades. De översta två miRNA som var förutsagda för tre gånger valdes för ytterligare bekräftelse och de andra tre miRNA, inklusive miR-29a, vars förmodade bindningsställen var nära till de av de två översta valdes också som kandidater för validering. MIR-29a förutsades av TargetScan och miRGEN databaser, vilket indikerade att dess förmodade bindningsställe var vid positionerna 213-219 i p42.3-3'UTR (Figur 1A). De andra kandidaterna är inte visas här.

Direkt inriktning på p42.3-3'UTR av MIR-29a

reportergenanalys användes för att validera huruvida p42.3 var ett direkt mål av mIR-29a. Vildtyp och mutant p42.3-3'UTR innehållande den förmodade bindningsstället hos MIR-29a klonades in i individuella plasmider och fuseras med reportergenen. Fluorescensintensiteten av reportergenen minskade signifikant i gruppen som samtransfekterades med WTpcDNA3 /EGFP /p42.3 och pcDNA3.1 /pri-MIR-29a jämfört med kontrollen. Dessutom fanns det ingen signifikant nedgång av fluorescensintensiteten i den grupp som samtransfekterades med MUTpcDNA3 /EGFP /p42.3 (Figur 1B), vilket ytterligare bekräftar att MIR-29a inducerade nedreglering av p42.3 genuttryck via specifik bindning av den förmodade platsen för p42.3-3'UTR.

Uttryck av mIR-29a och p42.3 står i omvänt förhållande i GC cellinjer

för att fastställa sambandet mellan p42 0,3 och mIR-29a, studerade vi den endogena uttrycket av mIR-29a och p42.3 i sex humana GC cellinjer (SGC-7901, MKN-28, MKN-45, MGC-803, SNU-1 och AGS) och en normal gastric epitel cellinje (GES-1, Figur 2A-C). Vi fann att nivån av p42.3-mRNA var signifikant högre än den normala kontrollen i alla GC-cellinjer, med undantag av SGC-7901, där skillnaden var inte statistiskt signifikant. Uttrycksnivån för p42.3 var variabel på proteinnivå, men var signifikant högre i alla de GC-cellinjer i jämförelse med GES-1.We visade också att miR-29a expressionen var låg i fyra av de GC-cellinjer ( SGC-7901, MKN-45, MGC-803 och AGS), vilket avslöjade ett omvänt förhållande med p42.3 uttryck. Även om uttrycket av MIR-29a var hög i SNU-1, detta var inte statistiskt signifikant. Det är värt att nämna att högt uttryck av MIR-29a i MKN-28 var ett undantag.

MIR-29a reglerar p42.3 uttryck

För att utvärdera huruvida p42.3 rycktes av miR -29a, behandlade vi MKN-45 celler med härmar och hämmare av mIR-29a för 48 timmar för att exogent upp- och nedreglera uttrycket av mIR-29a specifikt; uttrycket av p42.3 bestämdes sedan. Efter transfektion av MKN-45-celler med härmar, Mir-29a uttryck ökat med cirka 10 gånger, medan behandling med hämmarna minskade Mir-29a nivå med mer än 50% (Figur 3A-B). Detta tyder på att både härmar och hämmare av MIR-29a arbetat effektivt i våra experiment. Överuttryck av MIR-29a skulle avsevärt undertrycka uttrycket av p42.3 på både mRNA och proteinnivåer, som var en liknande effekt som den tysta p42.3 av p42.3 siRNA (si-p42.3). Vi upptäckte också att CHK2 var uppreglerat och cyclinB1 var nedregleras efter tysta p42.3 av p42.3 siRNA. Intressant nog var liknande effekter som utövas på CHK2 och cyclinB1 av överuttryck av MIR-29a i MKN-45-celler (Figur 3C-D). Dessutom transfektion av MIR-29a-hämmare minskade dramatiskt CHK2 uttryck och ökad p42.3 och cyclinB1 uttryck (Figur 3E-F). Detta antydde att miR-29a skulle kunna reglera uttrycket av p42.3-genen i MKN-45-celler.

MIR-29a hämmar cellproliferation in vitro

Enligt uppgifter från det cellproliferation analys, drog vi de absorptionsegenskaper kurvorna vid våglängden 450 nm efter transfektion för olika löptider. Vi fann att cellproliferation inhiberades signifikant efter transfektion av MKN-45-celler med p42.3 siRNA under 48 h och 72 h, och ett liknande mönster noterades efter-celler transfekterades med härmar av MIR-29a. Emellertid graden av repression uppnås genom miR-29a härmar var större än p42.3 siRNA-inducerad nedreglering (Figur 4A). Tvärtom var celltillväxten främjas med cirka 10% jämfört med den negativa kontrollen vid transfektion med hämmare av MIR-29a i 48 timmar, men det var en minskning på 72 timmar (Figur 4B). Detta indikerade att MIR-29a kan hämma celltillväxt via trycka uttrycket av p42.3.

MIR-29a blockerar cellcykelprogression

tysta p42.3 av p42.3 siRNA kan resultera i cellcykelstopp; Därför undersökte vi om miR-29a skulle kunna påverka cellcykelprogression via inriktning på p42.3-genen. Efter MKN-45-celler transfekterades med p42.3 siRNA för 48 timmar, fann vi att cellcykeln blockerades i G1-fasen (75,93%, P Hotel < 0,05), jämfört med den negativa kontrollen ( 66,18%). Vi fann att härmar av MIR-29a även kan ge upphov till G1 fas rest i MKN-45-celler när de behandlas under 48 timmar (75,56%, P Hotel < 0,05; Figur 5).

Uttryck av mIR-29a och p42.3 protein i GC och deras korrelation med kliniskt patologiska egenskaper

med hjälp av en kvantitativ realtids-PCR-teknik, var mIR-29a detekteras i 60 par GC vävnader och deras matchade icke-cancer angränsande vävnader, medan p42.3 proteinnivå utvärderades också i dessa vävnader genom Western blotting. Av 60 GC vävnadsprover, var p42.3 uttryck hög i 35 fall (35/60, 58,33%) i förhållande till deras matchade icke-cancer angränsande vävnader. I de 25 fall där p42.3 uttryck nedregleras, var MIR-29a uttryck hög i 21 fall. MIR-29a uttryck var låg i 27 fall (27/60, 45%). Ovanstående data antyder ett omvänt förhållande mellan miR-29a och p42.3 proteinexpression i vävnadsprover ( P
= 0,000, tabell 1 och figur 6), men korrelationskoefficienten var inte bra (r = -0,316 ).

Dessutom var mIR-29a och p42.3 proteinuttryck utvärderas med avseende på de kliniskt patologiska egenskaper hos de 60 patienter från vilka vävnadsprover togs. Våra resultat tyder på att det inte fanns några uppenbara samband mellan p42.3 protein och MIR-29a uttryck, respektive, med kliniskt patologiska egenskaper (tabell 2).

Diskussion

p42.3-genen är mycket konserverade i däggdjur och, såsom en onkogen, kan det spela en viktig roll i den progressiva omvandlingen av normala gastriska epitelceller till cancerceller. Dess differentialuttryck under cellcykeln stegen visar att p42.3 kan vara involverad i cellcykelreglering. Detta bekräftades ytterligare av våra resultat, som visade att p42.3 ljuddämpning kan förändra uttrycket av två viktiga proteiner, CHK2 och cyklin B1, som är involverade i cellcykelreglering. Använda förlust av funktions experiment visade vi att p42.3 kan stimulera celltillväxt och som rapporterats visade våra resultat att p42.3 överuttrycktes i GC vävnader jämfört med den intilliggande icke-cancer slemhinna [3]. Emellertid är de molekylära mekanismer som leder till denna avvikande uttryck av p42.3-genen i GC dåligt kända, såsom framgår av bristen på tillgänglig litteratur. MiRNA kan reglera genuttrycket genom att rikta bindningsställena i målet mRNA [27] och i humana cancrar, många miRNA har redan varit inblandad. Däremot har funktionen av endast ett fåtal förstått hittills, särskilt i GC [28].

I denna rapport har vi valt MIR-29a för vidare utredning av en reportergen systemet och slutligen identifierat att p42. 3 var en direkt målgen av mIR-29a. Våra data tyder på att de fyra databaser (TargetScan, microRNA.org, Mål mikrokosmos Version 5 och miRGen) användes var effektiv, men inte perfekt, verktyg för förutsägelse av miRNA mål och gav experimentella bevis för förbättringar av underliggande algoritmen.

Vi visade att p42.3 uttryck omvänt relaterade till mIR-29a uttryck i fyra GC cellinjer. I tre av dessa, MKN-45, MGC-803 och AGS, det var uppenbart på både mRNA och proteinnivå, men detta var inte fallet i SGC-7901 cellinje. Dessutom, MIR-29a uttryck var inte låg i MKN-28 och SNU-1-cellinjer. Sammantaget dessa observationer tillät oss att anta att den reglerande roll MIR-29a kompliceras i GC-cellinjer och att MIR-29a kan spela olika roller i olika cellulära bakgrunder. Men de detaljerade mekanismerna för MIR-29a funktioner i GC cellinjer kräver ytterligare utredning.

I vår studie, MIR-29a uttryck kan ge upphov till liknande effekter som de som uppnås genom tysta p42.3 av p42.3 siRNA. Båda av p42.3-mRNA och protein var nedreglerade efter celler transfekterades med p42.3 siRNA eller miR-29a härmar och cellproliferation och cellcykeln undertrycktes när cellerna genomgick samma interferens. Det föreslog att MIR-29a kan vara inblandade i patogenesen för GC via undertryckande av p42.3 genuttryck. Vi fann emellertid från tillväxtkurvorna att graden av repression av MIR-29a härmar var större än av p42.3 siRNA. Enligt vår mening, kan den främsta orsaken till detta vara att specifika miRNA kan reglera hundratals gener för att styra cellfunktion. I den aktuella studien, kan MIR-29a hämmar celltillväxt, åtminstone delvis, genom att rikta p42.3.

Våra data visade att även graden av hög expression av MIR-29a var 55% (33 /60) i GC, p42.3 uttryck var låg i 21 av dessa fall. Detta antydde att MIR-29a kan ha en viktig roll i GC vävnader med låga nivåer av p42.3.

I den aktuella studien, validerade vi att p42.3 är ett direkt mål för MIR-29a. Vi har också visat att miR-29a kan inhibera cellproliferation och blockera cellcykeln, åtminstone delvis, via undertryckande av p42.3 expression i GC. Vi drar slutsatsen att MIR-29a kan spela en avgörande roll i regleringen av uttrycket av p42.3 i GC. Intressant fann vi att p42.3-genen kan också reglera uttrycket av MIR-29a (data visas inte här), men den underliggande regleringsmekanism kommer att undersökas i framtiden.

Material och metoder

Bioinformatics

Fyra effektiva beräkningsmetoder som använder olika utvärderingssystem [29] - [32] användes för förutsägelse av de regulatoriska miRNA som riktar sig mot p42.3-genen, inklusive TargetScan (http: //www.targetscan.org/), microRNA.org (http://www.microrna.org/microrna/getGeneForm.do/) Mål mikrokosmos Version 5 (http://www.ebi.ac.uk/enright-srv /mikrokosmos /htdocs /mål /v5 /) och miRGen (http://www.diana.pcbi.upenn.edu/cgi-bin/miRGen/v3/Targets.cgi#Results). Mål valdes ut för ytterligare bekräftelse från den grupp av miRNA som var gemensam för de resultat som genereras från mer än en sökning.

Vävnadsprov

Sextio par histopatologiskt bekräftad GC och angränsande icke-cancervävnad prov erhölls från patienter som genomgick kirurgisk resektion på Renji sjukhus anslutna till Shanghai Jiaotong University School of Medicine, Kina mellan juli 2007 och januari 2009. matchade icke-cancer angränsande vävnader erhölls vid minst 5 cm avstånd från tumörstället. Studien godkändes av forskningsetiska kommittén för Shanghai Jiaotong University och informerat samtycke erhölls från alla patienter, medan skriftligt medgivande erhölls från varje patient.

Cellinjer och odlingsbetingelser

Human GC cellinjer, SGC-7901, MKN-28, MKN-45, MGC-803, SNU-1 och AGS och GES-en normal gastric epitel cellinje, som köptes från ATCC (USA), upprätthölls i RPMI 1640 medium (Gibco, Gaithersburg, MD, USA) kompletterat med 10% fetalt bovint serum (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA). Cellerna odlades vid 37 ° C i en 5% CO _{2 inkubator. En lösning av trypsin (0,25%) användes för att lösgöra cellerna från odlingskolven.}

Vektorkonstruktion

För att konstruera expressionsvektorer pri-MIR-29a först amplifieras med primers utformade av primer Premier 5.0 mjukvara (tabell 3) och klonades sedan in i pcDNA3.1 (Invitrogen). För att producera plasmiderna som innehöll den förmodade bindningsstället hos MIR-29a, både vildtyp och mutanta sekvenser från positionen 111 till 380 av p42.3-3'UTR syntetiserades kemiskt (figur 1A) och sedan klenades till den nedströms av EGFP-genen på Bam
HI och Eco Review, RI platser i pcDNA3 /EGFP vektor (Saierbio, Tianjin, Kina).

reportergenanalys

MKN-45-celler ympades i tredubbla brunnar i en platta med 24 brunnar dagen före transfektion. PcDNA3.1 (+) /primär MIR-29a samtransfekterades med vild-typ och mut-pcDNA3 /EGFP /p42.3-3'UTR respektive. Då, 0,5 pg av pcDNA3.1 (+) /primär-miR-29a och 0,5 pg av pcDNA3 /EGFP /p42.3-3'UTR sattes in i var och en av brunnarna, medan 0,1 fig av vektor pDsRed-C1 (Clontech ), som uttryckte RFP, tillsattes till varje brunn som en endogen referens. Celler som endast transfekterats med pcDNA3 /EGFP /p42.3-3'UTR eller pcDNA3 /EGFP /p42.3-3'UTR + pcDNA3.1 (+) användes som kontroller. Celler samlades 48 timmar efter transfektion och analyserades baserat på intensiteten av EGFP och RFP fluorescens detekteras med hjälp av fluorescens spektrofotometer F-4500 (Hitachi, Japan).

Cell transfektion

Transfektion av MKN-45 celler utfördes med användning av Lipofectamine 2000 reagens (Invitrogen) följande protokollet av tillverkaren. MKN-45-celler ympades i 6-brunnsplattor eller 96-brunnars plattor vid 30% sammanflytning dagen före transfektion. Härmar (100 nm GenePharma) och hämmare (200 nm RIBOBIO) av MIR-29a användes för att exogent upp- och nedreglera uttrycket av MIR-29a. För att tysta p42.3 genuttryck ades MKN-45-celler transfekterade med siRNA mot p42.3 (Si-p42.3, 100 nm, GenePharma). Styr RNA (benämns NC) var icke-homolog med någon mänsklig arvsmassa. Sekvenserna för de oligonukleotider visas i Tabell 4.

realtids-RT-PCR

Totalt RNA isolerades med användning av Trizol-reagens (Invitrogen) och behandlades därefter med RNas-fritt DNas I ( Ntas, San Diego, CA, USA). Totalt RNA (500 ng) transkriberades omvänt med användning av PrimeScript RT reagenskit (Takara, Dalian, Japan). Primersekvenserna som användes för att amplifiera p42.3 och GAPDH visas i tabell 3. För att analysera uttrycket av det mogna miR-29a, 2 ^ g av total RNA utsattes för omvänd transkription med användning av allt-i-ett-miRNA Q-PCR Detection Kit (GeneCopoeia, Guangzhou, Kina). Kvantitativ realtids-PCR för mogen MIR-29a och U6 utfördes enligt tillverkarens anvisningar med hjälp av ABI 7300 realtids-PCR-system och specifika primrar utformade av GeneCopoeia, Kina. Det relativa uttrycket av p42.3 och miR-29a normaliserades till en endogen referens (GAPDH och U6 snrna respektive) och i förhållande till kontrollen. Resultaten presenterades som faldig förändring, beräknas med hjälp av metod 2 (-ΔΔCT) [33]; en relativ uttrycksförhållande på < 1,0 ansågs vara låg, medan ett förhållande > 1,0 ansågs hög uttryck [14]

Western blotting

Totalt protein från odlade celler och vävnader. extraherades med RIPA lysbuffert innehållande PMSF, enligt tillverkarens anvisningar (Beyotime, Shanghai, Kina). Proteinkoncentration mättes med användning av Bradford-metoden [34]. Övergripande, 40

• PLOS ONE: Förlust av promyelocytisk leukemi Protein i Gastric Cancer: Inblandning för IP-10 Expression och tumörinfiltrerande Lymphocytes
• PLOS ONE: Prognostic Betydelsen av MIR-181b och MIR-21 i magsäckscancer patienter behandlade med S-1 /Oxaliplatin eller doxifluridin /Oxaliplatin