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CpG岛超甲基化相关的miRNA沉默促进人类子宫内膜癌发生

期刊:Cancer Cell InternationalDOI:10.1186/1475-2867-13-44

Li等人的研究发表于《Cancer Cell International》期刊的2013年第13卷第44篇文章,标题为“CpG island hypermethylation-associated silencing of microRNAs promotes human endometrial cancer”,作者包括Bi-lan Li、Wen Lu、Cong Lu、Jun-jie Qu、Ting-ting Yang、Qin Yan和Xiao-ping Wan,主要单位为上海交通大学医学院附属上海第一人民医院。这项研究探讨了CpG岛超甲基化导致的microRNA沉默如何促进人类子宫内膜癌(endometrial cancer, EC)发生发展的机制。

研究背景与目的

子宫内膜癌是美国最常见的妇科恶性肿瘤之一,每年有超过35,000名女性被诊断患病。研究显示,子宫内膜癌在早期诊断时预后较好,但晚期患者的整体预后较差。因此,迫切需要进一步了解其分子机制。

近年来,越来越多的证据表明表观遗传调控(epigenetic mechanisms),包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及microRNA(miRNA)的表达,参与了肿瘤的发展和转移。CpG岛超甲基化往往导致肿瘤抑制基因的转录沉默,而这些基因可能编码miRNAs,比如由胞浆RNase III酶Dicer1生成的miRNAs。然而,目前尚不清楚表观遗传调控在子宫内膜癌中的具体机制。Li等人的研究旨在通过分析表观遗传调控对miRNAs及相关基因的调控作用,探索其与子宫内膜癌发生、发展及恶性特征积累的关系。

研究流程

细胞模型与处理

研究选用了两种人类子宫内膜癌细胞株Ishikawa和AN3CA,来自中国科学院委员会培养基因库。细胞在含10%胎牛血清(FBS)的DMEM/F12培养基中培养,并在5% CO2环境下保持37°C。研究中,分别使用了10μM的5’-aza-2-deoxycytidine(去甲基化剂)和10μM的组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂Trichostatin A(TSA)进行干预。

miRNA表达及甲基化状态检测

通过实时定量PCR检测miRNA(如miR-130a/b, miR-200b, miR-625)的表达水平,并通过亚硫酸氢盐特异性PCR测序(bisulfite-specific PCR sequencing)分析其CpG岛的甲基化状态。在实验中,研究还分析了肿瘤关键基因如Dicer1、ZEB2(SIP1)、E-cadherin等的表达水平。

功能实验

细胞增殖、克隆形成、迁移及侵袭能力分别通过MTT试验、软琼脂克隆生成实验、伤口愈合试验和侵袭实验评估。此外,通过流式细胞术分析细胞周期分布并进一步探讨药物对细胞行为的影响。

研究结果

1. CpG岛甲基化与miRNA表达的关系

研究发现miR-130b的上游调控区域含有多个CpG位点,与正常子宫内膜组织相比,子宫内膜癌组织显示出显著的低甲基化状态。通过去甲基化试剂处理后,Ishikawa和AN3CA细胞中miR-130b的表达分别增加了36.8倍和29.6倍(p<0.01)。与之类似,HDAC抑制剂处理亦导致miR-130b表达显著上升。

此外,实验结果显示miR-130b水平与CpG甲基化呈负相关关系。而其他如miR-200b、miR-130a等miRNAs也表现出类似的甲基化调控特性。

2. miR-130b与EMT相关基因的调控

通过反转录PCR(RT-PCR)及Western Blot分析,研究发现miR-130b的高表达可下调E-cadherin的表达,同时上调Vimentin、N-cadherin、Twist1、Snail及ZEB2的水平,这表明miR-130b参与了上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)过程。反向实验中,通过抑制miR-130b的表达可显著恢复E-cadherin水平。

3. 5’-aza-2-deoxycytidine与HDAC抑制剂对癌细胞行为的影响

5’-aza-2-deoxycytidine和HDAC抑制剂均能显著抑制Ishikawa和AN3CA细胞的增殖、克隆形成及侵袭能力。流式细胞显示,这些药物可增加细胞的G0/G1期比例并减少S期细胞比例。此外,药物处理后细胞中的MMP-2及MMP-9(基质金属蛋白酶)分泌减少,提示其可能通过调节MMPs减少侵袭能力。

4. 其他发现

研究还发现Dicer1在子宫内膜癌中表达下调,而其表达水平与多种EMT相关基因的表达呈负相关。实验进一步表明Dicer1的抑制可显著上调miR-130b,从而增强EMT过程。

结论与意义

Li等人的研究首次全面分析了miR-130家族及Dicer1在子宫内膜癌中的表观遗传调控作用。研究表明,CpG岛甲基化和组蛋白修饰通过影响特定miRNAs的表达,参与了子宫内膜癌的发生和恶性特征积累。去甲基化剂和HDAC抑制剂通过调节这些miRNAs的表达,不仅抑制了子宫内膜癌细胞的侵袭行为,也激活了与抗肿瘤相关的通路。

亮点与创新

  1. 首次证明 miR-130b的表观遗传调控机制与子宫内膜癌进程的关系。
  2. 揭示新路径:DNA甲基化与组蛋白去乙酰化的交叉调控在EC恶性特征中的重要作用。
  3. 潜在治疗策略:研究表明,结合去甲基化剂与HDAC抑制剂可能为子宫内膜癌提供治疗的新选择。

该研究为进一步理解表观遗传调控在癌症中的作用提供了有力证据,并为子宫内膜癌的诊断、预后评估及治疗策略的开发奠定了基础。

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