CN113151260B - 抑制肿瘤转移的tRF022252及应用 - Google Patents

抑制肿瘤转移的tRF022252及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了抑制肿瘤转移的tRF022252及应用，本发明通过生物信息学大数据分析以及一系列肿瘤分子生物学技术验证，在大量差异表达的tRF中，明确了来源于编码精氨酸tRNA的tRF022252具有显著的抑制肿瘤转移的作用，且能够逆转低氧肿瘤微环境对肿瘤转移的促进作用，而且无毒副作用，对于后期抗肿瘤药物开发利用奠定基础并具有很大的指导意义。

Description

抑制肿瘤转移的tRF022252及应用
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及抑制肿瘤转移的tRF022252及应用。
背景技术
肿瘤转移是一个多因素参与，多步骤发展，涉及多基因调控的一系列复杂序列性过程。基因转录水平的改变通常是由癌症基因组的体细胞变化引起的，在癌症细胞中存在各种形式的RNA改变，包括过表达、剪接改变和基因融合。
既往对tRNA的认识是一类具有携带并转运氨基酸功能的小分子核糖核酸，通过识别mRNA上的密码子，将自身携带氨基酸分子有序排列。近期的研究揭示了tRNA 在基因翻译以外的重要生物学作用。美国洛克菲勒大学Sohail Tavazoie和Hani Goodarzi研究团队采用基因组测序技术测量不同类型细胞中的tRNA数量，并证实编码特异类型氨基酸的tRNA能够促进肿瘤转移。虽然编码同一种氨基酸的密码子有多种方式，发现只有精氨酸的一种密码子对应的tRNA(tRNAArgCCG，其中CCG是CGG 的反义密码子)和谷氨酸的一种密码子的tRNA(tRNA GluUUC)具有显著影响肿瘤转移的特性。通过上调或降低这两种tRNA的表达，转移潜能也随之改变。而同义突变 (编码同一种氨基酸)这两种密码子，转移特性则消失。
tRNA参与了肿瘤基因表达的调控机制。在低氧等病理生理应激情况下，某些特异类型的成熟tRNA或前体tRNA会被特异性剪切产生tRF，包括tRNA衍生片段 (tRFs)或tRNA半分子(tiRNA)，属于短链非编码RNA家族。tRF可调节多种生物学过程，包括基因表达，翻译起始和延伸，应激颗粒装配，核糖体生物发生，细胞凋亡，免疫应答。在多种人类疾病中已观察到tsRNA的异常水平，包括癌症，神经退行性疾病，获得性代谢疾病。tRF可由Dicer和(或)ELAC2、ANG等核酸内切酶对tRNA 进行剪切而产生。根据来源，可以分为tRF-1，tRF-2，tRF-3，tRF-5和i-tRF。tRF-1 源自被RNase酶或核糖核酸酶ELAC2切割的前体tRNA的3’端。tRF-2是从tRNA的反密码子环上分解，因此不包括5’端和3’端结构。从成熟tRNA的3’端衍生的tRF-3 则是由ANG，Dicer或核糖核酸酶在T环切割产生的一个超家族，约18-22个核苷酸的长度。tRF-5由Dicer在tRNA的D环处切割产生的，其长度小于30nt。i-tRF主要来自成熟tRNA的内部区域。
肿瘤微环境的变化如缺氧及营养缺乏、低pH、炎症因子以及TGF-β等相关信号在启动肿瘤细胞转移中起关键作用，研究证实这种微环境的变化也引起了tRFs的表达差异，可能与肿瘤细胞转移调控有关。研究证明来自前体tRNAser的tsRNAs在多种肿瘤细胞株中高度表达，包括淋巴细胞性白血病、结直肠癌、肺癌、卵巢癌等。 Veronica等研究证明在淋巴细胞性白血病和肺癌中五种tsRNAs(ts-1001、ts-46、 ts-47、ts-49、ts-53)表达下调，而ts-4表达上调；ts-53和ts-1001在结直肠腺瘤而非腺癌中表达下调；在乳腺癌中ts-66表达上调，ts-86下调；ts-3在淋巴细胞性白血病和卵巢癌中表达均上调。
目前抑制肿瘤转移的策略包括细胞毒性药物，针对某些信号靶点的分子靶向药物，免疫治疗药物等等，均有显著的毒副作用。而针对肿瘤低氧微环境的干预策略尚无明显的有效措施。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种抑制肿瘤转移的tRF022252，其来源于精氨酸tRNA，序列如SEQ ID NO.1所示。用于扩增所述tRF022252的正向引物F的序列如 SEQ IDNO.2所示，反向引物R的序列如SEQ ID NO.3所示。
本发明的目的之二在于提供一种试剂盒，所述试剂盒含有所述用于扩增所述tRF022252的引物-上述正向引物F和反向引物R。
含有上述抑制肿瘤转移的tRF022252编码基因的表达载体也落入本发明的保护范围之内。
本发明中术语“表达载体”指本领域熟知的细菌质粒、噬菌体、酵母质粒、植物细胞病毒、哺乳动物细胞病毒或其他载体。总之，只要能在宿主体内复制和稳定，任何质粒和载体都可以用。表达载体的一个重要特征是通常含有复制起点、启动子、标记基因和翻译控制元件。
包含上述的适当DNA序列以及适当启动子或者控制序列的载体，可以用于转化适当的宿主细胞，以使其能够表达蛋白质。其中，所述宿主细胞可以是原核细胞，如细菌细胞；或是低等真核细胞，如酵母细胞；或是高等真核细胞，如植物细胞。代表性例子有：大肠杆菌，链霉菌属、农杆菌；真菌细胞如酵母；植物细胞等。
本发明的目的之三在于提供上述抑制肿瘤转移的tRF022252的应用，主要是在制备抗肿瘤药物中的应用。所述药物可以是药学上可以接受的一切载体，“药物学上可接受的载体”指用于治疗剂给药的载体，包括各种赋形剂和稀释剂。该术语指这样一些药剂载体：它们本身并不是必要的活性成分，且施用后没有过分的毒性。合适的载体是本领域普通技术人员所熟知的。在组合物中药学上可接受的载体可含有液体，如水、盐水、缓冲液。另外，这些载体中还可能存在辅助性的物质，如填充剂、润滑剂、助流剂、润湿剂或乳化剂、pH缓冲物质等。所述的载体中还可以含有细胞转染试剂、包裹剂等。本发明实施例中，可以采用本领域熟知的多种方法来将所制得的药物给药于哺乳动物。包括但不限于：皮下注射、肌肉注射、经皮给予、局部给予、植入、缓释给予等。
本发明具有如下优点：
本发明的发明人在长期的工作中，对结肠癌转移相关的差异基因表达特征，持续进行了深入的筛选和阐析，并分析了转移相关基因的不同剪切转录本的精细调节机制。为了筛选结肠癌侵袭转移相关tRF，使用低氧条件培养结肠癌细，高通量测序和生物信息学分析。发现在低氧条件下，有14种tRF表达显著差异。回顾性验证结果显示，差异表达的tRFs中tRF022252表达差异最明显，并与测序结果趋势一致。本课题组进一步证实其调控了Claudin-1，MMP家族，Snail，TIMP1，E-cadherin，TGFβ以及SMAD家族的表达，并且显著影响结肠癌细胞的侵袭转移能力。这些tRF亚群并非随机降解的产物，而是通过精确的生物发生过程产生。
发明人使用RKO，HCT115，SW480等结肠癌细胞株对着14种tsRNA反复回复验证，发现tRF022252具有明显的肿瘤转移抑制作用，来源于编码精氨酸(Arg)的密码子对应的tRNA(反义密码子)。肿瘤低氧微环境下，tRF022252显著降低，肿瘤转移表能力明显增强。而常氧浓度条件下，tRF022252显著不降低，肿瘤转移能力增强不显著；若是下调了tRF022252的表达，肿瘤转移能力则又增强。而在低氧浓度条件下，上调tRF022252的表达，则低氧诱导的肿瘤转移潜能则受到抑制。并且进一步证实tRF022252影响了多条肿瘤转移的信号通道。
本发明通过生物信息学大数据分析以及一系列肿瘤分子生物学技术验证，在大量差异表达的tRF中，明确了来源于编码精氨酸tRNA的tRF022252具有显著的抑制肿瘤转移的作用，且能够逆转低氧肿瘤微环境对肿瘤转移的促进作用，而且无毒副作用，对于后期抗肿瘤药物开发利用具有很大的指导意义。
附图说明
图1为高通量测序检测低氧条件下RKO细胞中tRFs的表达差异；
图2为RT-PCR验证tRF022252在两组细胞中的表达差异；
图3为RT-PCR验证tRF022252在低氧和常氧条件下两种细胞系中表达的差异；
图4为两种细胞系转染tRF022252inhibitor后的抑制效果；
图5为MTT实验分析敲低tRF022252后对两种细胞系生长的影响曲线；
图6为transwell实验分析敲低tRF022252后对两种细胞系侵袭迁移的变化图；
图7为transwell实验分析联合低氧和过表达tRF022252后对两种细胞系侵袭迁移的变化图；
图8为免疫印迹实验检测敲低tRF022252后对两种细胞系的侵袭相关金属酶表达的影响；
图9为免疫印迹实验检测敲低tRF022252后对两种细胞系的EMT相关生物标志物表达的影响；
图10为RT-PCR实验检测敲低tRF022252后对两种细胞系的EMT相关生物标志物表达的影响；
图11为tRF022252与Claudin-1结合的位点以及将Claudin-1上两者结合位点的碱基突变后的示意图；
图12为荧光素酶报告基因实验验证tRF022252与Claudin-1有直接结合作用；
图13为免疫印迹实验验证Claudin-1敲低后的效果；
图14为同时敲低tRF022252和Claudin-1的两者联合的回复实验，transwell实验检测细胞的迁徙迁移的变化图；
图15为同时敲低tRF022252和Claudin-1后对细胞的EMT相关生物标志物表达的影响。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本发明进行详细的描述。提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。如无特殊说明，所采用的试剂及材料，均可以从市场中购买获得。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
本发明所用细胞株为RKO细胞株和SW480细胞株。它们是研究肿瘤转移的良好模型。细胞株用含有10％胎牛血清的DMEM培养液，于37℃、5％CO2的条件下培养。
实施例1tRF022252的获取
1.高通量测序和生物信息学分析
本发明的发明人在长期的工作中，对结肠癌转移相关的差异基因表达特征，持续进行了深入的筛选和阐析，并分析了转移相关基因的不同剪切转录本的精细调节机制。为了筛选结肠癌侵袭转移相关tRF，本课题组使用低氧条件培养结肠癌细胞，高通量测序和生物信息学分析。发现在低氧条件下，有14种tRF表达显著差异(如图 1、图2所示)。
使用RKO，HCT115，W480等结肠癌细胞株对tRF022252反复回复验证，发现tRF022252具有明显的肿瘤转移抑制作用，其来源于编码精氨酸(Arg)的密码子对应的tRNA(反义密码子)。tRF022252的命名来源于tsr数据库 http：//www.tsrbase.org/blastresult.php？jobid＝160750268791&opt＝none，并且tRF022252 序列为：CGGAGCTGGGGATTGTGGG(如SEQ ID NO.1所示)。
2.RT-PCR
将细胞(转染细胞系包括RKO和SW480)收集在1.5ml无RNaseEppendorf(EP) 管中，加入500ul TRIzol试剂，混合良好，孵育5min，使细胞完全溶解。设计并合成了tRF022252的正向引物和反向引物(F：ACTGGATACGACA(如SEQ ID NO.2所示)，R：GGAGCTGGGG(如SEQ IDNO.3所示))。采用实时PCR检测***进行 QRT-PCR扩增。结果表明，低氧条件下，实时PCR检测到的tRF022252表达的变化与高通量测序鉴定的变化相同(如图3所示)。
实施例2.tRF022252的功能鉴定
1、细胞转染
将RKO和SW480细胞传代，将RKO和SW480细胞传代。当细胞达到70-80％时，进行转染操作。tRF022252抑制剂(5‘-ACCCACAAUCCCCAGCUCCG-3’)和阴性对照(NC抑制剂，5’-UUCUCCGAACGAGUCACGUCT-3’)，制备了靶向Claudin-1和 NC-siRNA转染的siRNA。使用Lipofectamine2000将质粒瞬时转染到RKO和SW480 细胞中。转染后24h收获细胞进行进一步实验。siRNA Claudin1的序列如下：siRNA-1，5‘-GCAAAGUCUGACUCCUCCUUTT-3’，siRNA-1反义， 5’-AAGGAGUCAAAGACUUGCTT-3’；siRNA-2，5’-CCACAGCAUGGAATT-3’， siRNA-2反义，5’-UUGCCAUGCUGCUGUGTT-3’；siRNA-3正义， 5’-GUGCUGCUGUUTT-3’，siRNA-3反义， 5’-AACAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGUTT-3’NC-siRNA正义： UUCUCCGAGUCGUTT，NC-siRNA反义：ACGUGCUUCGGAATT。
我们将tRF022252抑制剂转染到RKO和SW480细胞中，RT-PCR检测tRF022252 表达的变化。分析表明，与NC组相比，抑制剂组的tRF022252表达显著下降(如图 4所示)。
2、转染细胞的生长特性
MTT法检测细胞增殖。首先，将tRF022252抑制剂及其相应的NC对照转染RKO 和SW480细胞24h，细胞被消化和收集，在10％FBS的DMEM中重新培养，并铺在96孔板中。在孵育后24，48，72和96h，在每孔中加入50μlMTT(1mg/m1)试剂，进一步孵育2-4h，然后加入150μlDMSO溶解紫色晶体，在570nm处读取吸光度。
为了模拟低氧条件，探讨tRF022252在CRC细胞增殖中的作用，我们对RKO 和SW480细胞进行MTT检测，以进行功能研究。MTT结果表明，tRF022252敲除后对RKO或SW480细胞的增殖没有影响(如图5所示)。
3、Transwell实验
在Transwell试验中，收集转染质粒的RKO和SW480细胞，在无血清培养液中培养24h。然后，侵袭实验，将20μl的Matrigel混合物(与Matrigel和DMEM1∶1混合)铺在小室的上层，在37℃下放置30分钟，直到凝胶凝固。小室活化后，除去用于活化的培养基，将含有10％FBS的培养基800μl，作为趋化剂作用于下室，并在小室上层加入300个μl细胞悬液。培养的细胞在37℃下孵育24小时后，将细胞固定在甲醇中20分钟，并进行结晶紫染色。显微镜下拍摄图像。最后测量通过膜的细胞数量，以评估迁移和侵袭能力。
为了研究tRF022252在RKO和SW480两株细胞系中侵袭和迁移的作用，我们进行了Transwell侵袭迁移试验，以评价转染tRF022252抑制剂的RKO和SW480细胞的侵袭迁移能力，结果表明抑制剂组RKO和SW480细胞的迁移和侵袭能力与NC组相比有明显的促进作用(如图6所示)，低氧条件可促进RKO和SW480细胞的迁移和侵袭，且tRF022252过表达对RKO和SW480细胞侵袭和迁移的影响有效地降低了低氧条件对侵袭迁移的促进作用(如图7所示)。
4、侵袭相关金属蛋白酶和EMT相关生物标志物的检测
采用免疫印迹实验。用PBS洗涤CRC细胞，然后在含有蛋白酶抑制剂的RIPA 缓冲液中冰上冷冻。然后用十二烷基聚丙烯酰胺钠凝胶电泳(SDS-PAGE)进行垂直电泳。用SDS-PAGE分离的20ug蛋白质负载凝胶。然后，将蛋白质转移到聚偏氟乙烯 (PVDF)膜上。硝酸纤维素膜被封闭在含有5％脱脂奶粉的溶液中，在摇床上缓慢摇动，封闭两个小时后，将封闭的PVD F膜取出，洗涤三次，转移至稀释后的一次抗体溶液中，4℃过夜孵育。主要抗体有兔抗Claudin-1：ab13255，抗基质金属蛋白-2(MMP-2)： ab40994，抗基质金属蛋白-7(MMP-7)：ab71031，抗Fibronectin：15613，抗HIF-1a： 36169，抗Twist1：ab49254，抗Twist2：66544，抗E-Cad：sc-8426，抗N-Cad：13116，抗Vimentin：5741，抗Slug：9585，抗ZEB1：3396和抗Snail：ab3879。然后，将膜转移到1xPBST中，加入山羊抗兔IgG二次抗体，在摇床上孵育两小时。将硝化纤维素膜放置在ECL试剂盒的混合液体中，然后用化学光敏模式暴露在仪器的曝光板上。利用Image J软件导出和分析图像的光密度。
随后，我们通过进行Westernblot和qRT-PCR检测一些分子，如MMPs，已被证实在CRC细胞的转移潜能中起关键作用。采用Westernblot检测和qRT-PCR检测转染tRF022252抑制剂或tRF-NC的CRC细胞中MMPs的蛋白和mRNA水平。结果表明，与对照细胞相比，tRF022252的敲除可提高RKO细胞MMP-7和MMP-2的蛋白和mRNA水平。同时，SW480细胞中MMP7和MMP-2的蛋白和mRNA水平也显著升高(如图8所示)。
随后，我们探讨了tRF022252对RKO和SW480细胞EMT标记表达的影响。 Claudin-1、Snail、E-cad、Vimentin、Fibronectin的蛋白水平差异显著，Claudin-1、Snail、 HIF1α、Twist1、Twist2、Fibronectin、ZEB1的mRNA水平在RKO细胞中差异显著。结果还表明，Claudin-1和Fibronectin在蛋白质水平上显著升高，Claudin-1、Snail、 HIF1α、Twist1、E-cadherin、N-cadherin、Vimentin、Fibronectin和ZEB1在SW480 细胞中的mRNA水平有显着性差异。HIF-1α，被称为缺氧诱导因子，也参与癌症转移和诱导EMT。因此，还研究了tRF022252敲低处理下RKO和SW480细胞HIF-1α的变化，数据表明，tRF022252的敲低可以增加HIF-1α在mRNA和蛋白质水平上的表达(如图9、图10所示)。
实施例3.tRF022252与下游Claudin-1分子的直接相互作用验证
荧光素酶报告基因实验。将RKO细胞接种于24孔板中，培养24h。将Claudin-1 野生型或突变型3’-UTR质粒和tRF022252抑制剂或tRF022252NC质粒共转染细胞 24h。荧光素酶检测参照双荧光素酶报告检测***。
接下来，我们探索了tRF022252在CRC细胞EMT过程中与之相互作用的下游目标分子。基于对目标分子的数据库的信息学分析，我们在Claudin-1的3’-UTR中发现了一个潜在的tRF022252结合位点(如图11所示)。接下来，我们构建了两种含有荧光素酶报告基因和野生型(Wt)或突变体(Mut)Claudin-1的3’-UTR的质粒。然后，将每个质粒与tRF-NC或tRF022252mimics共转染到RKO细胞中。结果表明， tRF022252的过表达降低了转染Claudin-13’-UTR-WT质粒的RKO细胞中Claudin-1 荧光素酶活性。然而，当RKO细胞转染Claudin-13’-UTR-Mut质粒时，这种效应被消除(如图12所示)。Westemblot和qRT-PCR检测也显示tRF022252对CRC细胞Claudin-1的调节作用；抑制tRF022252可增加Claudin-1的蛋白和mRNA表达。
实施例4.tRF022252通过抑制Claudin-1抑制CRC细胞的EMT
为了进一步验证tRF022252在CRC侵袭和迁移中的作用，并探讨其详细机制，我们将tRF022252和si-NC转染到RKO细胞中。Transwell实验结果表明，与对照组相比，实验组CRC细胞的侵袭和转移显著增加。
为了证实Claudin-1在CRC细胞EMT中的作用，我们用si-NC或si-Claudin-1 转染RKO细胞。用Westemblot检测Claudin-1的敲除作用。结果表明，在转染 si-Claudin-1的RKO细胞中，Claudin-1在蛋白水平上的表达明显降低(如图13所示)。 Transwell实验结果表明，Claudin-1的下调抑制了RKO细胞的迁移和侵袭。此外， Claudin-1的下调也可能部分降低EMT相关分子的表达。
基于上述结果，我们用tRF022252抑制剂和si-Claudin-1共转染CRC细胞，转染实验结果表明，与tRF022252抑制剂和si-NC转染CRC细胞相比，tRF022252抑制剂和si-Claudin-1转染均显著降低RKO细胞转移，与对照组相似。Transwell实验的数据表明，Claudin-1的下调可以逆转tRF022252抑制RKO细胞迁移和侵袭的促进作用(如图14所示)。下调Claudin-1逆转了tRF022252抑制剂诱导的RKO细胞EMT，并调节了关键的EMT相关分子(如图15所示)。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。
序列表
<110> 浙江艾尔西科技有限公司
<120> 抑制肿瘤转移的tRF022252及应用
<130> 2021
<160> 3
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
cggagctggg gattgtggg 19
<210> 2
<211> 13
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
actggatacg aca 13
<210> 3
<211> 10
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
ggagctgggg 10

Claims (3)

1.抑制肿瘤转移的tRF022252在制备抗肿瘤药物中的应用，其特征在于，所述tRF022252的核苷酸序列为CGGAGCTGGGGATTGTGGGT，所述肿瘤为结肠癌。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，用于扩增权利要求1所述tRF022252的引物对的正向引物F的序列如SEQ ID NO.2所示，反向引物R的序列如SEQ ID NO.3所示。
3.抑制肿瘤转移的tRF022252的表达载体在制备抗肿瘤药物中的应用，其特征在于，所述tRF022252的核苷酸序列为CGGAGCTGGGGATTGTGGGT，所述肿瘤为结肠癌。
CN202110037450.8A 2021-01-12 2021-01-12 抑制肿瘤转移的tRF022252及应用 Active CN113151260B (zh)

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