Theranostics: piRNA、lncRNA、miRNA及mRNA的作用网络调控神经胶质瘤的增殖和侵袭

      中国医科大学附属盛京医院神经外科主任刘云会教授课题组长期从事脑肿瘤与脑缺血发病机制和基因治疗方面的研究工作。该课题组利用Arraystar piRNA芯片等表达谱芯片研究发现piR-30188和miR-367-3p、lncRNA OIP5-AS1 与CEBPA基因的 mRNA形成ceRNA机制,调控下游TRAF4基因表达,影响神经胶质瘤的增殖侵袭等。该研究成果发表在课题组在国际知名学术期刊Theranostics(影响因子8.766)。(芯片实验由Aksomics提供技术服务)


研究背景

      成胶质细胞瘤是神经上皮来源的肿瘤,根据世界卫生组织的病理分类统计,它是一种恶性侵袭性肿瘤。尽管在肿瘤切除手术后辅以各种放疗、化疗手段,成胶质细胞瘤的病人五年生存率也依然低于5%。成胶质细胞瘤自身的抗性会影响放疗和化疗的疗效。因此,探索其发病机理对于寻找合适诊断和靶向治疗的手段极为重要。

      近年来,人类基因组中有一类非常丰富的非编码RNA转录本被发现,其研究也越来越深入,如lncRNA、miRNA、piRNA等。piRNA是一类新发现的,长度为26-31nt的小RNA分子,通常通过与Argonaute蛋白(如:PIWIL 蛋白亚族)的结合来发挥沉默基因和调控生殖细胞基因组稳定性等作用。piRNA可以与lncRNA通过互补配对的方式结合,其中lncRNAs起到的主要生物学作用包括基因调控激活和抑制。本研究通过聚焦于piR-30188与lncRNA OIP5-AS1的互作调控网络来研究它们在成胶质细胞瘤中所发挥的作用。


研究思路

      作者通过Arraystar piRNA芯片和定量PCR验证,对成胶质细胞瘤细胞系U87和U251进行检测,发现piR-30188显著下调表达。结合基因过表达和敲低细胞系发现miR-367-3p和lncRNA OIP5-AS1在成胶质细胞瘤细胞系中分别显著下调表达和上调表达。同时,作者还检测了piR-30188、miR-367-3p和lncRNA OIP5-AS1对成胶质细胞瘤细胞系增殖和侵袭的影响。

      作者利用FISH对piR-30188、miR-367-3p和lncRNA OIP5-AS1进行了亚细胞定位研究。进一步的实验还发现piR-30188与miR-367-3p能够结合PIWIL3蛋白,作者利用RNA-pull down、RIP、报告基因的方法,发现piR-30188和miR-367-3p通过碱基互补配对结合lncRNA OIP5-AS1来发挥沉默基因的作用。

      此外,作者还发现了CEBPA是miR-367-3p发挥ceRNA机制的下游mRNA的来源基因。利用软件JASPAR预测发现CEBPA能够结合到TRAF4基因的启动子区,调控其基因表达。最后,作者利用CHIP-PCR、基因过表达和敲低实验也验证了这种调控关系对肿瘤增殖和侵袭等生物功能的影响。


技术路线



结果展示


图A:U87和U251胶质瘤细胞系经过Arraystar piRNA芯片筛选出22个差异显著的piRNA。

图B&C:基因过表达和干扰胶质瘤细胞系经表达谱芯片筛选的差异显著lncRNA和miRNA。

图D :裸鼠活体实验中注射稳定表达的肿瘤细胞后,肿瘤体积变化情况。

图E: 裸鼠活体实验中注射稳定表达的肿瘤细胞后,小鼠群体的生存率分析。


研究意义

      本文研究了PIWIL3、piR-30188,、OIP5-AS1和miR-367-3p在神经胶质瘤细胞中表达水平并且首次解析了下游调控基因CEBPA和 TRAF4的分子调控机制网络。作者发现了PIWIL3 和piR-30188、piR-30188、OIP5-AS1之间的互作关系以及OIP5-AS1和miR-367-3p、miR-367-3p和CEBPA、CEBPA和TRAF4之间的互作关系。作者揭示了一种新的机制,即PIWIL3 / piR- 30188 / OIP5-AS1通过miR- 367 - 3 - p / CEBPA / TRAF4通路来调控神经胶质瘤细胞的生物学功能。PIWIL3、OIP5-AS1和miR-367-3p在神经胶质瘤中具有重要的治疗潜力。作者的研究结果提供了一种新的机制来了解神经胶质瘤的发病机理。


文章来源

PIWIL3/OIP5-AS1/miR-367-3p/CEBPA feedback loop regulates the biological behavior of glioma cells. Theranostics. 2018. doi: 10.7150/thno.21740.

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