circMAPK1編碼的一種新的蛋白MAPK1-109aa參與胃癌的進(jìn)展

欄目:最新研究動態(tài) 發(fā)布時間:2021-05-25
在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)circMAPK1在胃癌組織中較鄰近正常組織表達(dá)下調(diào)。重要的是,較低的circMAPK1表達(dá)預(yù)示著GC患者較差的生存。


circRNA是一種新型的非編碼RNA,已被報(bào)道通過多種機(jī)制參與疾病的發(fā)生和發(fā)展。MAPK通路是一種常見的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,參與細(xì)胞增殖、炎癥和凋亡,在癌癥中起著特別重要的作用。然而,與MAPK通路相關(guān)的circRNA在胃癌中的作用尚未被探索。因此,小編為大家?guī)硪黄?/span>20214月發(fā)表于影響因子為15.302的雜志Molecular Cancer上的文章A novel protein encoded by circMAPK1 inhibits progression of gastric cancer by suppressing activation of MAPK signaling。在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)circMAPK1在胃癌組織中較鄰近正常組織表達(dá)下調(diào)。重要的是,較低的circMAPK1表達(dá)預(yù)示著GC患者較差的生存。CircMAPK1在體內(nèi)外均能抑制胃癌細(xì)胞的增殖和侵襲。接下來,我們發(fā)現(xiàn)circMAPK1編碼了一個長度為109個氨基酸的新蛋白。通過一系列功能實(shí)驗(yàn),我們證實(shí)了circMAPK1通過編碼的蛋白MAPK1-109aa發(fā)揮了抑制腫瘤的作用。在機(jī)制上,腫瘤抑制因子MAPK1-109aa通過競爭性結(jié)合MEK1來抑制MAPK1的磷酸化,從而抑制MAPK1及其下游因子在MAPK通路中的激活。

技術(shù)路線


 

結(jié)果:

1circMAPK1的鑒定和circMAPK1的臨床特征

由于MAPK信號通路在腫瘤發(fā)生和進(jìn)展中起著重要的病理作用,我們首先根據(jù)在線數(shù)據(jù)庫circBase中的circRNA測序數(shù)據(jù)分析了來自MAPK通路相關(guān)基因的circRNA。然后我們清點(diǎn)了MAPK 通路相關(guān)的circRNAs,發(fā)現(xiàn)大部分細(xì)胞系可以表達(dá)數(shù)以百計(jì)的MAPK通路的circRNAs(1a)。在來源于MAPK1circRNA中,circ-0006203、circ0004872circ-0008870在超過三個獨(dú)立的測序數(shù)據(jù)集中被廣泛檢測。我們利用qRT-PCR檢測了這三種circRNA在胃癌患者的胃癌組織和癌旁組織中的表達(dá)水平(1b)。結(jié)果顯示circ-0004872的表達(dá)變化最為顯著。circ-0004872在癌組織/細(xì)胞中的reads明顯低于正常組織/細(xì)胞(1c)。此外,GSE121445GSE100170數(shù)據(jù)庫中也證實(shí)了GCcircMAPK1的下調(diào)(1d)。這些數(shù)據(jù)提示circ-0004872具有潛在的抑制作用,從而促使我們進(jìn)一步研究其在胃癌惡性腫瘤中的作用。

Circ-0004872(本研究稱為circMAPK1”)來自MAPK1基因的第2-4個外顯子,形成一個490 nt的重疊環(huán)狀轉(zhuǎn)錄本(1e)。Sanger測序證實(shí)了擴(kuò)增的circMAPK1的頭尾剪接(1f)。接下來,我們研究了circMAPK1GC細(xì)胞系中的表達(dá)水平。如圖1g所示,與正常的胃粘膜上皮細(xì)胞系相比,培養(yǎng)的GC細(xì)胞系中circMAPK1表達(dá)顯著下調(diào)。另外,circMAPK1僅從cDNA中擴(kuò)增,而不是從gDNA中擴(kuò)增(1h),說明circMAPK1的環(huán)結(jié)構(gòu)是由back-splicing產(chǎn)生的。然后我們進(jìn)一步評估了circMAPK1的穩(wěn)定性和定位。經(jīng)過放線菌素D處理后,circMAPK1的半衰期明顯長于線性MAPK1(1i)。與MAPK1 mRNA的線性形式相比,circMAPK1RNase R的降解具有抗性(1j)。隨后的細(xì)胞組分qRT-PCR分析(1k)和熒光原位雜交分析(1l)顯示,circMAPK1主要定位于細(xì)胞質(zhì)而不是細(xì)胞核。

由于circMAPK1GC細(xì)胞系中穩(wěn)定表達(dá),我們推測circMAPK1可能是一種適合GC診斷或預(yù)后的標(biāo)志物。qRT-PCR顯示circMAPK1在癌組織中的表達(dá)低于匹配的非癌組織(1m)。Kaplan-Meier生存分析顯示胃癌組織中circMAPK1水平較高的患者總生存期顯著延長(1n)。綜上所述,circMAPK1是一種穩(wěn)定表達(dá)的circRNA,可作為有效的診斷和預(yù)后標(biāo)志物,值得進(jìn)一步研究。


  

 

2CircMAPK1在體外抑制GC細(xì)胞的增殖和遷移

為了研究circMAPK1GC中的生物學(xué)功能,我們進(jìn)行了一系列細(xì)胞實(shí)驗(yàn)。隨CCK8實(shí)驗(yàn)(2a)、集落形成實(shí)驗(yàn)(2b)EdU實(shí)驗(yàn)(2c) 結(jié)果表明,沉默circMAPK1可顯著增強(qiáng)GC細(xì)胞的增殖能力。我們發(fā)現(xiàn)circMAPK1的減少增加了SGC細(xì)胞的數(shù)量(2d)。Transwell(2e)試驗(yàn)顯示circMAPK1的干擾促進(jìn)了GC細(xì)胞的遷移。此外,過表達(dá)circMAPK1顯著削弱了GC細(xì)胞的增殖能力。同樣,過表達(dá)circMAPK1時,SGC細(xì)胞的數(shù)量顯著減少,細(xì)胞遷移受到抑制。綜上所述,circMAPK1GC細(xì)胞的增殖和遷移中起著重要作用。


 

 

3CircMAPK1在體內(nèi)抑制胃癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移

為了進(jìn)一步證實(shí)體外研究結(jié)果,我們在體內(nèi)驗(yàn)證了circMAPK1在影響致瘤性方面的生物學(xué)作用。circMAPK1的沉默可顯著促進(jìn)腫瘤的生長。相比之下,過表達(dá)circMAPK1顯著抑制了皮下腫瘤的生長(3a)。接下來,我們通過對增殖細(xì)胞標(biāo)記物Ki67的染色來監(jiān)測異種移植瘤的增殖。穩(wěn)定敲除circMAPK1的腫瘤組織表現(xiàn)出更強(qiáng)的Ki67染色,而過表達(dá)circMAPK1的腫瘤組織表現(xiàn)出更弱的Ki67染色(3bc)。為了研究circMAPK1在體內(nèi)的轉(zhuǎn)移潛能,我們用熒光素酶質(zhì)粒穩(wěn)定地轉(zhuǎn)染上述細(xì)胞系,然后注射到裸鼠的尾靜脈中。結(jié)果顯示,circMAPK1的敲低有效地增加了肺轉(zhuǎn)移病灶的數(shù)量和大小。相比之下,生物發(fā)光成像(3de)H&E染色(3fg)顯示,過表達(dá)circMAPK1減少了肺轉(zhuǎn)移病變。


 

 

4CircMAPK1編碼109個氨基酸的新蛋白MAPK1-109aa

根據(jù)在線數(shù)據(jù)庫circRNADb的預(yù)測結(jié)果,circMAPK1序列中包含一個開放閱讀框,起始密碼子為ATG,IRES位于274-327 nt。這一觀察結(jié)果表明circMAPK1具有編碼109aa蛋白的潛能,本研究將其命名為MAPK1-109aa(4a)。為了驗(yàn)證預(yù)測的IREScircMAPK1中的活性,我們進(jìn)行了雙熒光素酶檢測,結(jié)果顯示野生型IRES報(bào)告基因的熒光素酶活性明顯高于突變型IRES報(bào)告基因的熒光素酶活性(4b)。為了進(jìn)一步證實(shí)MAPK1-109aa的存在,我們將circMAPK1 IRES突變質(zhì)粒和circMAPK1過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)入HEK293T細(xì)胞。銀染色結(jié)果顯示,在分子量為13 kDa時存在明顯的蛋白帶,與MAPK-109aa的預(yù)測大小一致。MS檢測到AMEIMLNSKLCL序列,與MAPK1-109aa含有特定C端序列LCL的氨基酸序列一致(4c)。為了檢測該多肽產(chǎn)物,我們使用了一種識別MAPK1中間部分的抗體(4d)。Western Blot檢測40對胃癌組織(4e)和細(xì)胞系(4f)MAPK1-109aaMAPK1的水平。通過半定量分析,胃癌組織中MAPK1-109aa水平較正常胃組織中降低。Kaplan-Meier生存分析顯示,MAPK1-109aa表達(dá)水平較高的胃癌患者總生存期明顯長于MAPK1-109aa表達(dá)水平較低的胃癌患者(4h)。一系列GC細(xì)胞系中MAPK1-109aa的含量也明顯低于正常胃粘膜細(xì)胞系GES-1。在內(nèi)源性circMAPK1水平較低且?guī)缀鯖]有MAPK1-109aa表達(dá)的MKN45細(xì)胞中,轉(zhuǎn)染circMAPK1MAPK1-109aa質(zhì)粒均產(chǎn)生預(yù)測的MAPK1-109aa帶,而過表達(dá)circMAPK1 IRES突變質(zhì)粒則沒有產(chǎn)生預(yù)測的MAPK1-109aa(4i)。相反,在內(nèi)源性circMAPK1MAPK1-109aa更高表達(dá)的GES-1細(xì)胞中,發(fā)現(xiàn)兩種特異性靶向circMAPK1連接的shRNA顯著降低了MAPK1-109aa的表達(dá)(4j)。使用anti-flag抗體進(jìn)行免疫熒光檢測,證實(shí)MAPK1-109aa-Flag位于過表達(dá)MAPK1-109aa-Flag質(zhì)粒的MKN45細(xì)胞的胞質(zhì)中,如圖4k所示。


 

5MAPK1-109aa對胃癌有抑制作用

為了進(jìn)一步研究MAPK1-109aa的生物學(xué)功能,我們將circMAPK1 ATG突變質(zhì)粒、circMAPK1 IRES突變質(zhì)粒和circMAPK1過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染到MKN45BGC823細(xì)胞中。如預(yù)期的那樣,當(dāng)轉(zhuǎn)染ATG突變質(zhì)粒和IRES突變質(zhì)粒時,沒有出現(xiàn)circMAPK1編碼的MAPK1-109aa 13-kDa(5a)。CCK8實(shí)驗(yàn)(5b)、集落形成實(shí)驗(yàn)(5cd)EdU實(shí)驗(yàn)(5e,f)顯示過表達(dá)circMAPK1明顯抑制了細(xì)胞的增殖能力。流式細(xì)胞術(shù)顯示,處于S期的GC細(xì)胞數(shù)量也明顯減少(5g)。然而,當(dāng)circMAPK1ATGIRES序列發(fā)生突變時,MKN45BGC823細(xì)胞的增殖能力沒有明顯變化。同樣,Transwell實(shí)驗(yàn)(5h)也證明了腫瘤細(xì)胞的遷移能力。綜上所述,circMAPK1在沒有其編碼蛋白MAPK1-109aa的情況下,不能抑制GC細(xì)胞的惡性表型。隨后,為了進(jìn)一步驗(yàn)證MAPK1-109aa的功能,我們在SGC7901MGC803細(xì)胞中恢復(fù)了MAPK1-109aa的表達(dá),無論是否穩(wěn)定敲除circMAPK1Western blot驗(yàn)證了這一點(diǎn)(6a)。將MAPK1-109aa質(zhì)粒轉(zhuǎn)染到SGC7901MGC803細(xì)胞株后,細(xì)胞的增殖能力(6b-g)和遷移能力(6h)得到了有效的抑制。在轉(zhuǎn)染了shcirMAPK1的細(xì)胞系中,恢復(fù)了MAPK1-109aa的表達(dá)也逆轉(zhuǎn)了穩(wěn)定敲除circMAPK1所導(dǎo)致的惡性表型。綜上所述,上述結(jié)果表明circMAPK1GC細(xì)胞惡性生物學(xué)行為的抑制作用依賴于其編碼蛋白MAPK1-109aa。


 

6MAPK1-109aa通過競爭性結(jié)合MEK1來抑制MAPK1的磷酸化

為了研究MAPK1-109aa抑制GC的分子機(jī)制,我們將標(biāo)記的MAPK1-109aa質(zhì)粒轉(zhuǎn)染HEK293T細(xì)胞。在flag標(biāo)記的MAPK1-109aa免疫沉淀復(fù)合物中,潛在的相互作用蛋白被拉下(7a)。采用蛋白MS分析對差異表達(dá)蛋白進(jìn)行鑒定。在被識別的蛋白質(zhì)列表中,豐度最高的蛋白質(zhì)是MEK1,表明MEK1MAPK1-109aa潛在的相互作用蛋白(7b,c)。此外,flag標(biāo)記的MAPK1-109aa可以與MEK1相互作用,證實(shí)了MAPK1-109aaMEK1之間的直接相互作用(7d)。免疫熒光染色顯示MAPK1-109aaMEK1共定位(7e)。此外,我們采用MEK1抗體免疫共沉淀,探討MAPK1-109aaMAPK1通路的潛在調(diào)控作用。我們發(fā)現(xiàn),在circMAPK1穩(wěn)定下調(diào)的SGC7901MGC803細(xì)胞中,與對照組相比,MAPK1-109aaMEK1的結(jié)合明顯減少,而MAPK1MEK1的結(jié)合增加(7f)。在MKN45BGC823細(xì)胞中,IRES突變時MAPK1-109aa不翻譯。因此,MAPK1MEK1的結(jié)合沒有明顯變化。然而,過表達(dá)circMAPK1后,MAPK1MEK1的結(jié)合顯著減少,而MAPK1-109aaMEK1的結(jié)合顯著增加(7g)。因此,以上結(jié)果表明MAPK1-109aaMAPK1競爭結(jié)合MEK1。隨后的Western blot結(jié)果也證實(shí),在過表達(dá)circMAPK1的細(xì)胞系中,MAPK1-109aa顯著升高,磷酸化的MAPK1/2降低,而在circMAPK1敲低的細(xì)胞中則相反(7h)。此外,MAPK1的下游效應(yīng)因子,如p-ELK1p-c-Fos、p-c-JUNp-RSK,也被過表達(dá)的circMAPK1顯著抑制(7i)。這些結(jié)果表明,circMAPK1編碼的MAPK1-109aa通過抑制MAPK1信號通路發(fā)揮抑癌作用。

MAPK級聯(lián)是人類癌癥最重要的致癌驅(qū)動因子之一,通過靶向抑制劑阻斷這一信號通路是一種重要的抗腫瘤策略。因此,我們用MAPK通路抑制劑PD0325901處理SGC7901MGC803細(xì)胞。Western blot顯示,PD0325901的加入顯著降低了MAPK1通路下游因子的激活。而添加PD0325901后,MAPK1-109aa的表達(dá)水平?jīng)]有明顯變化(8a)。集落形成(8b,c)、EdU(8d,e)Transwell實(shí)驗(yàn)(8f)結(jié)果表明PD0325901處理后細(xì)胞的增殖和遷移能力明顯受到抑制。此外,在抑制劑存在的情況下,將shcircRNA轉(zhuǎn)染到SGC7901MGC803細(xì)胞中,目的是部分提高MAPK通路的活性。然而,當(dāng)細(xì)胞與PD0325901共同處理時,抑制circMAPK1沒有明顯的促癌作用(8b-f)。綜上所述,這些結(jié)果證實(shí)了MAPK1-109aa通過與MEK1競爭相互作用抑制MAPK1的磷酸化,通過抑制MAPK通路發(fā)揮腫瘤抑制作用。

  

 


結(jié)論

我們在胃癌中發(fā)現(xiàn)了一種來自MAPK1的下調(diào)circRNA。MAPK1-109aacircMAPK1編碼,通過與MAPK1競爭與上游激酶MEK1結(jié)合發(fā)揮抗癌作用,抑制MAPK1磷酸化和下游致癌因子。我們的研究結(jié)果提示circMAPK1可能作為GC的治療靶點(diǎn),也為MAPK通路激活引起的疾病提供了新的治療思路。