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RNA干扰抑制FUBP1基因表达对人胃癌细胞系SGC7901生物学功能的影响.doc

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Through this study, we can evaluate the value of FUBP1 gene silencing in the treatment of gastric cancer. Methods To design FUBP1-RNAi lentiviral vector with three different kinds of RNA interference sequences and Negative-RNAi lentiviral vector with negative control sequence. Then choice the reasonable MOI via preliminary experiment of lentiviral transfection to transfect into human gastric cancer SGC7901. The quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction (QRT-PCR) was used to detect the mRNA expression level of FUBP1 to select the effective RNA interference sequence which was used in the following experiment. We divide the experiment into three groups, which were FUBP1-RNA interference group, Negative-RNAi control group and blank control group. The QRT-RCR and Western blotting were used to detect the mRNA and protein expression level of FUBP1. CCK-8 was used to detect cell proliferation of each group. Transwell and Scratch Test were used to detect the acticity of cell migration. PI-FACS were used to detect Cell cycle distribution and apoptosis of each group. Results Lentiviral vector with three different kinds of RNA interference sequences were successfully constructed, including FUBP1-RNAi-KD1, FUBP1-RNAi-KD2 and FUBP1-RNAi-KD3. Then choice MOI=30 via preliminary experiment of lentiviral transfection to transfect into human gastric cancer SGC7901 and select FUBP1-RNAi-KD2 as the effective RNA interference sequence (inhibition rate of FUBP1 was up to 70.4% Which compared with Negative-RNAi group). Compared with Negative-RNAi group, RT-PCR and Western blotting results showed that the mRNA and protein expression level of FUBP1 gene in FUBP1-RNAi-KD2 group were respectively reduced by 77.6%(P<0.05) and 74.4%(P<0.05). The CCK-8 test showed that gastric cancer cell proliferation fold in five days of FUBP1-RNAi-KD2 group were decreased (P<0.05) Which compared with negative control group and black control group. Flow cytometry results showed that the number of gastric cancer cell in S phase of FUBP1-RNAi-KD2 group was up to 60.74%(P<0.05) Which compared with Negative-RNAi group and black control group, while the number of gastric cancer cell in G0/G1 phase and G2/M phase were respectively decreased to 30.48%(P<0.05) and 8.78%(P<0.05). On the contrary, silencing of FUBP1 gene via RNA interference technology had no significant effect on apoptosis and migration of gastric cancer SGC7901 cells(P>0.05). Conclusions Silencing of FUBP1 gene via FUBP1-RNAi lentiviral vector can effectively suppress the mRNA and protein expression level of FUBP1 in gastric cancer cell SGC7901. Silencing of FUBP1 gene can effectively inhibit gastric cancer cell proliferation, affect distribution of cell cycle, arrest cell cycle in S phase to suppress cell growth.While there is on significant effect on apoptosis and migration. The specific and effective silencing of FUBP1 gene via RNA interference technique has a certain value in the gene therapy of gastric cancer. Key words RNA interference; lentiviral transfection; FUBP1; gastric cancer; gene therapy ·英文缩略语表· 英文缩写 英文全称 中文译名 FUBP Far upstream element binding protein 远端上游元件结合蛋白 RNA Ribonucleic acid 核糖核酸 RNAi RNA interference RNA干扰 dsRNA Double stranded RNA 双链RNA siRNA small interfering RNA 小干扰RNA RISC RNA indeced silencing complex RNA诱导的沉默复合物 FUSE Far upstream element 远端上游元件 TFIIH Transcription/repair factor IIH 转录修复因子IIH FBS Fetal bovine serum 胎牛血清 PBS Phosphate buffer saline 磷酸盐缓冲液 DMSO Dimethyl sulfoxide 二甲基亚砜 RT-PCR Reverse transcription-polymerase chainreaction 逆转录-聚合酶链反应 WB Western Blot 免疫印迹法 Rnase Ribonuclease 核糖核酸酶 DEPC Diethypyrocarbonate 焦炭酸二乙酯 PAGE Polyacrylamide gel electrophoresis 聚丙烯酰胺凝胶电泳法 SDS Sodium dodecyl sulfonate 十二烷基磺酸钠 TBST Tris-Buffered Saline Tween-20 缓冲液 PVDF Polyvinylidene fluoride 聚偏二氟乙烯 ECL Electrochemiluminescence 电化学发光 MOI Multiplicity of infection 感染复数 OD Optical density 光密度 ·论文· RNA干扰抑制FUBP1基因表达对人胃癌细胞系SGC7901生物学功能的影响 前 言 胃癌是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一,尤其是在发展中国家,具有恶性程度高、发展迅速、预后差等特征。在常见癌症中,胃癌的发病率居第四位,致死率居第三位[ Ferlay J, Soerjomataram I, Dikshit R, et al. Cancer incidence and mortality worldwide: sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. Int J Cancer. 2015, 136(5):359-386. ]。根据2012年全球癌症统计数据显示,胃癌的新发病例数接近100万,其中超过70万病例的患者发生死亡,数据显示几乎一半以上的胃癌患者来自中国[ Bray F, Ren JS, Masuyer E, et al. Global estimates of cancer prevalence for 27 sites in the adult population in 2008. Int J Cancer. 2013, 132(5):1133-1145. ]。随着早期胃癌诊疗技术和水平的不断发展提高,胃癌的发病率和死亡率都有所下降,但是进展期患者的预后仍然比较差,胃癌患者的五年生存率仍然比较低,而传统的治疗方法已不能满足胃癌发展的现状,因此,寻找胃癌基因治疗的方法成为目前研究的热题。 RNA干扰是真核生物体内一种基因沉默现象,具有高度的保守性和特异性。首先由Guo和Kemphues[ Guo S, Kemphues KJ. par-1, a gene required for establishing polarity in C. elegans embryos, encodes a putative Ser/Thr kinase that is asymmetrically distributed. Cell. 1995, 81(4):611-620. ]等在1995年利用反义RNA抑制秀丽隐杆线虫基因表达的过程中发现并证实反义RNA和正义RNA均能有效抑制C.elegans par-1基因的表达,但是这种现象产生的原因并未得到解释。随后,Fire等人在1988年通过研究发现dsRNA能够识别内源性mRNA的特异性序列,诱导mRNA的降解从而抑制特定基因的表达,并且比单链反义RNA或正义RNA抑制基因表达的作用更强,后来这种现象被称为RNA干扰(RNA interference, RNAi)[ Fire A, Xu S, Montgomery MK, et al. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature. 1998, 391(6669):806-811. ]。RNA干扰机制可以简单的概括如下,由于外源性基因的入侵诱导体内细胞产生长双链RNA,这些长dsRNA在核酸内切酶Dicer作用下被分割成许多小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA),siRNA长约21-23个核苷酸片段,之后siRNA再与一些核酸酶复合物结合,形成RNA诱导的沉默复合物(RNA indeced silencing complex, RISC),活化后的RISC能够与目的mRNA特异性结合,从而抑制目的基因的表达[ Zamore PD, Tuschl T, Sharp PA, et al. RNAi: double-stranded RNA directs the ATP-dependent cleavage of mRNA at 21 to 23 nucleotide intervals. Cell. 2000, 101(1):25-33. ]。近几十年来随着分子生物学技术和遗传学的不断发展,人们逐渐认识到RNA干扰作为一种强大而有效的基因沉默技术能够特异性的抑制肿瘤相关致癌基因的表达而被广泛应用于胃癌的研究中。 远端上游元件结合蛋白(FUBPs)是由FUBP1、FUBP2和FUBP3三种调节蛋白所组成的DNA结合蛋白家族[ Rydziel S, Delany AM, Canalis E. AU-rich elements in the collagenase 3 mRNA mediate stabilization of the transcript by cortisol in osteoblasts. J Biol Chem. 2004, 279(7):5397-404. ],而c-myc作为原癌基因通过编码一种重要的转录因子家族参与细胞生长、增殖、分化及凋亡。1990年,Avigan[ Avigan MI, Strober B, Levens D. A far upstream element stimulates c-myc expression in undifferentiated leukemia cells. J Biol Chem. 1990, 265(30):18538-18545. ]等研究发现在未分化的白血病细胞内,FUBP1通过与远端上游元件FUSE结合调控c-myc基因的转录表达,首次证实FUBP1是一种DNA结合蛋白。随后一些研究表明,FUBP1在多种恶性肿瘤中呈表达上调,与c-myc基因的表达呈正相关,影响c-myc基因所介导的细胞生长、增殖、分化及凋亡,从而导致多种癌症的发生、发展[ Liu J, Kouzine F, Nie Z, et al. The FUSE/FBP/FIR/TFIIH system is a molecular machine programming a pulse of c-myc expression. EMBO J. 2006, 25(10):2119-2130. ]。本课题应用RNA干扰技术使FUBP1基因表达沉默,通过体外细胞实验观察FUBP1沉默后对人胃癌细胞系SGC7901生物学功能的影响,初步探讨RNA干扰技术在胃癌基因治疗中的应用价值。 实验材料与方法 一、实验材料 (一)实验对象 人胃腺癌细胞株SGC-7901(山东省肿瘤医院基础实验中心提供) (二)实验试剂与仪器 1、细胞培养及转染 (1)主要试剂与溶液 RPMI1640基础培养基 美国Gibco公司 胎牛血清(FBS) 美国Gibco公司 磷酸盐缓冲液(PBS) 北京鼎国昌盛生物技术有限公司 青/链霉素混合液 美国Gibco公司 0.25%胰酶 美国Gibco公司 二甲基亚砜(DMSO) shRNA慢病毒载体 Polybrene原液 感染增强液(Eni.S.) 美国Gibco公司 上海吉凯基因科技有限公司 上海吉凯基因科技有限公司 上海吉凯基因科技有限公司 (2)主要试剂的配置 ①15%RPMI1640完全培养基 取1640培养基420ml,加入FBS 75ml,加入5ml双抗(青/链霉素混合液),置于4℃冰箱保存备用。 ②细胞冻存液 按照DMSO :1640培养基:FBS的比例为1:7:2进行配制,冻存细胞时现用现配。 ③Polybrene稀释液 Polybrene原液(10mg/ml)用RPMI1640基础培养基稀释200倍,至终浓度为50ug/ml,置于-20℃冰箱保存备用。 (3)主要仪器设备 Ⅱ级生物安全柜 新加坡ESCO公司 二氧化碳培养箱 日本SANYO公司 微量移液器 德国Eppendorff公司 倒置显微镜 倒置荧光显微镜 日本Olympus公司 日本Olympus公司 BY-R18医用低速离心机 BIO-RAD公司 冷藏冷冻箱(4℃、-20℃) 青岛海尔股份有限公司 超低温冰箱(-80℃) 日本SANYO公司 电热恒温水槽 细胞培养板 细胞计数板 山东潍坊精密医疗器械有限公司 美国Costar公司 美国Coster公司 2、RT-PCR (1)主要溶液与试剂 Trizol试剂 美国Invitrogen life technologies DEPC处理水(无RNase ) 大连宝生物工程有限公司 氯仿 上海试剂一厂 异丙醇 上海试剂一厂 无水乙醇 上海试剂一厂 反转录试剂盒 日本TaKaRa公司 荧光定量PCR试剂盒 日本TaKaRa公司 PCR引物合成 Thermo Fisher Scientific (2)主要试剂配制的方法 75%乙醇:按照无水乙醇:DEPC处理水=3: 1的比例,置于常温保存备用。 (3)主要设备仪器 微量反应管 美国Axygen公司 微量移液器 德国Eppendorff公司 SIGMA 3K30超速冷冻离心机 德国Sigma-Aldrich公司 NANODROP 2000分光光度计 Thermo Fisher Scientific MyCycler型PCR仪(BIOER) 美国伯乐公司 LightCycler480Ⅱ型PCR扩增仪 德国Roche Diagnostics公司 超低温冰箱(-80℃) 日本SANYO公司 3、Western blot (1)主要溶液与试剂 兔抗人FUBP1单克隆抗体 英国Abcam公司 NP-40 lysis buffer BCA定量试剂盒 5×SDS-PAGE蛋白上样缓冲液 美国Amresco公司 碧云天生物研究所 上海生工生物工程有限公司 30%PAGE(聚丙烯酰胺) APS(过硫酸铵) TEMED(四甲基乙二胺) 10×TBST 济南军区总医院检验科提供 美国Amresco公司 济南军区总医院检验科提供 北京索莱宝科技有限公司 β-actin 美国Epitomics公司 SDS 1.0mol/L Tris(PH6.8) 1.5mol/L Tris(PH8.8) 德国Sigma公司 济南军区总医院检验科提供 济南军区总医院检验科提供 蛋白质Marker Thermo Fisher Scientific PVDF膜 ECL-PLUS试剂盒 Millipore公司 瑞典Amersham公司 X线胶片显影粉 上海冠龙照相材料厂 医用X射线胶片 中国Kodak公司 (2)主要试剂配制的方法 ①10% APS:0.1gAPS +1ml去离子水溶解,置于4℃保存备用。 ②封闭液:2.5g脱脂奶粉+50ml 1×TBST溶解,置于4℃保存备用。 ③10ml 10%分离胶:去离子水4ml+30%PAGE 3.3ml+1.5mol/L Tris(PH8.8) 2.5ml+10%SDS 100µl+10%APS 100µl +TEMED 4µl,混匀备用。 ④5ml 5%浓缩胶:去离子水3.4ml+30%PAGE 0.83ml+1.0mol/L Tris(PH6.8)0.63ml+ 10%SDS 50µl+10%APS 50µl+TEMED 5µl,混匀备用。 (3)主要仪器、设备 5417R台式冷冻高速离心机 德国Eppendorff公司 SDS-PAGE蛋白电泳仪 上海天能科技有限公司 蛋白转膜仪 上海天能科技有限公司 电热恒温干燥箱 山东省潍坊医疗器械厂 脱色摇床 兴化仪器厂 显影仪 美国Alpha Innotech 公司 4、细胞功能学实验 (1)主要溶液与试剂 CCK-8试剂 德国Sigma公司 PI(碘化丙啶) 德国Sigma公司 RNase A Fementas公司 凋亡试剂盒 美国eBioscience公司 Transwell试剂盒 GIEMSA染色液 美国Corning公司 德国Sigma公司 (2)主要仪器、设备 酶标仪 Thermo Fisher Scientific 流式细胞仪 划痕仪 倒置显微镜 倒置荧光显微镜 Millipore公司 VP scientific 日本Olympus公司 日本Olympus公司 二、实验方法 (一)RNA干扰慢病毒载体的构建与包装 针对靶基因FUBP1的RNA干扰慢病毒载体由上海吉凯基因科技有限公司协助设计、构建、包装及测序。慢病毒载体名称为GV248,元件序列为hU6-MCS-Ubiquitin-EGFP-IRES-puromycin,设计的siRNA干扰序列如表1所示;设计的DNA oligo序列如表2所示;慢病毒滴度如表3所示: 表1 FUBP1-RNAi 序列 Virus Number Target Seq FUBP1-RNAi-KD1 TGAGTATTATAGACAACAA FUBP1-RNAi-KD2 CGAAAGGATAGCACAAATA FUBP1-RNAi-KD3 TGCTTATTACGCTCACTAT Negative-RNAi TTCTCCGAACGTGTCACGT 表2 DNA oligo 序列 Virus Number DNA oligo 序列 FUBP1-RNAi-KD1 Sense:5’-CcgggcTGAGTATTATAGACAACAACTCGAG TTGTTGTCTATAATACTCAGC TTTTTg-3’ Anti:5’- aattcaaaaa gcTGAGTATTATAGACAACAA CTCGAG TTGTTGTCTATAATACTCAGC TTTTTg-3’ FUBP1-RNAi-KD2 Sense:5’-CcggccCGAAAGGATAGCACAAATACTCGAG TATTTGTGCTATCCTTTCGGGTTTTTg-3’ Anti:5’- aattcaaaaa ccCGAAAGGATAGCACAAATACTCGAG TATTTGTGCTATCCTTTCGGGTTTTTg-3’ FUBP1-RNAi-KD3 Sense:5’-CcgggcTGCTTATTACGCTCACTATCTCGAG ATAGTGAGCGTAATAAGCAGCTTTTTg-3’ Anti:5’- aattcaaaaa gcTGCTTATTACGCTCACTATCTCGAG ATAGTGAGCGTAATAAGCAGCTTTTTg-3’ Negative-RNAi Sense:5’-CcgggcTTCTCCGAACGTGTCACGTCTCGAG ACGTGACACGTTCGGAGAATTTTTg-3’ Anti:5’- aattcaaaaa gcTTCTCCGAACGTGTCACGTCTCGAG ACGTGACACGTTCGGAGAATTTTTg-3’ 表3 慢病毒滴度 Virus Number 滴度(TU/ml) FUBP1-RNAi-KD1 5E+8(5×108) FUBP1-RNAi-KD2 3E+8(3×108) FUBP1-RNAi-KD3 5E+8(5×108) Negative-RNAi 1E+9(1×109) (二)细胞培养 1、细胞复苏 实验前30min将1640完全培养基从冰箱中拿出放置至室温备用。在液氮罐中取出冻存的胃癌SGC-7901细胞,迅速将冻存管放入水温37℃的水槽内并不断摇晃,之后将冻存管内完全融化的细胞悬液转移至离心管内,加入3ml完全培养基,吹打混匀后放入低速离心机,1200rpm×3min离心,将上清液用滴管吸弃后加入6ml完全培养基,吹打混匀后用滴管转移至培养瓶中,将培养瓶平放在实验台上画“8”字轻轻摇匀细胞悬液,静置1-2min后置于细胞培养箱(温度37℃,CO2浓度5%)中培养,隔天观察。 2、细胞传代 实验前30min将1640完全培养基、PBS、0.25%胰酶从冰箱中拿出放置至室温或者放入水温37℃的水槽内预热。取出融合度达到90%以上的胃癌SGC-7901细胞(已达到对数生长期),用滴管小心吸弃旧培养基,用3-5mlPBS冲洗2次,加入适量0.25%胰酶后放入培养箱内消化细胞约3min,当细胞皱缩呈漂浮状态时,加入适量1640完全培养基终止消化,吹打后转移至离心管内,1200rpm×3min离心,将上清液用滴管吸弃后加入适量完全培养基,吹打混匀制成细胞悬液,按1:3比例分别装入培养瓶中,将培养瓶平放在实验台上画“8”字轻轻摇匀细胞悬液,静置1-2min后置于细胞培养箱(温度37℃,CO2浓度5%)中培养,隔天观察。 3、细胞冻存 取出融合度达到90%以上的胃癌SGC-7901细胞(已达到对数生长期),按照细胞传代步骤制成单细胞悬液后移入15ml离心管内, 1200rpm×3min离心,将上清液用滴管吸弃后加入事先配好的冻存液约2ml,吹打混匀,移入冻存管内,用封口膜封闭管口,放入细胞梯度冻存盒内,置于-80℃低温冰箱内过夜,第二天转移至液氮罐中。 (三)慢病毒感染 1、FUBP1-RNAi慢病毒感染胃癌SGC-7901细胞 (1)慢病毒感染细胞前一天,将融合度达到90%以上的胃癌SGC-7901细胞按照细胞传代步骤制成单细胞悬液后移入15ml离心管内,吹打混匀,将细胞悬液接种于不同的细胞培养板(6孔、12孔、24孔、96孔)中,使细胞的融合度达到50%-60%左右,置于细胞培养箱(温度37℃,CO2浓度5%)中培养。 (2)第二天进行慢病毒感染,根据合适的感染复数即MOI值,计算出不同孔板所需要的病毒用量和Polybrene稀释液用量,从培养箱中取出待转染的细胞,吸弃旧培养基,向各孔中加入相应的病毒用量和Polybrene稀释液,轻轻混匀,放回细胞培养箱中继续培养。 (3)感染16小时后,若细胞生长状态良好则更换为1640完全培养基,放回培养箱继续培养,感染72h后,用倒置荧光显微镜确定感染效率达到80%以上且细胞状态良好,拍照记录,再进行后续实验。 2、FUBP1-RNAi慢病毒感染预实验 (1)根据设定的MOI值将预实验分成4组:MOI=0、MOI=20、MOI=30、MOI=40。 (2)慢病毒感染前一天,将胃癌SGC-7901细胞接种于6孔板上(约2×105个/孔),分组并标记,置于细胞培养箱(温度37℃,CO2浓度5%)中培养。 (3)第二天利用Negative-RNAi慢病毒载体感染细胞,根据不同的MOI值计算每组所需要的病毒用量和Polybrene稀释液用量,从培养箱中取出6孔板,吸弃旧培养基,每一组加入相应的病毒用量和Polybrene稀释液,轻轻混匀,放回培养箱中继续培养。 (4)感染16小时后,更换为1640完全培养基,放回培养箱继续培养,感染72h后用倒置荧光显微镜观察不同MOI值细胞绿色荧光蛋白
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