棕榈酰化转移酶9调控非小细胞肺癌增殖、迁移、侵袭及相关机制研究.pdf
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1、棕榈酰化转移酶9调控非小细胞肺癌增殖、迁移、侵袭及相关机制研究周容,高琛梓,赵廷枫,顾遥,王倩*南京医科大学罕见代谢性疾病研究重点实验室,生物化学与分子生物学系,江苏省人类功能基因组重点实验室,江苏南京211166摘要 目的:探讨棕榈酰化转移酶9(zinc finger DHHCtype containing 9,ZDHHC9)在非小细胞肺癌(nonsmall cell lungcancer,NSCLC)中的表达及预后,及ZDHHC9对NSCLC细胞增殖、迁移和侵袭能力的影响及作用机制。方法:通过NCBI GEC数据库和基于基因表达水平值的交互式分析平台(gene expression pro
2、filing interactive analysis,GEPIA)数据库分析ZDHHC9在NSCLC中的表达及其与患者预后之间的关系。利用实时定量 PCR(Realtime qPCR)检测正常支气管上皮细胞系(16HBE)及NSCLC细胞系(A549、H1299、H1703)的表达情况。在H1703和A549细胞系中敲降ZDHHC9,利用CCK8实验检测细胞增殖能力,Transwell和划痕实验检测细胞迁移、侵袭能力,Western blot检测相关蛋白水平变化。结果:GEO和GEPIA数据库生物信息技术分析结果显示,ZDHHC9在NSCLC组织中较癌旁组织显著升高,并且ZDHHC9表达量与
3、患者的无病生存率相关(P 0.01)。敲降ZDHHC9后,H1703和A549细胞增殖活力显著下降,同时侵袭和迁移能力受到抑制,并且敲降ZDHHC9降低NSCLC细胞脂肪酸合成关键酶的表达水平。结论:ZDHHC9可能通过调控NSCLC细胞脂肪酸合成促进NSCLC细胞的增殖、迁移和侵袭。关键词 棕榈酰化转移酶9;非小细胞肺癌;增殖;迁移;侵袭;脂代谢中图分类号 R734.2文献标志码 A文章编号 10074368(2023)08106107doi:10.7655/NYDXBNS20230804ZDHHC9 regulates the proliferation,migration and inv
4、asion of nonsmall cell lung cancerZHOU Rong,GAO Chenzi,ZHAO Tingfeng,GU Yao,WANG Qian*Key Laboratory of Rare Metabolic Disease,Department of Molecular Biology and Biochemistry,Nanjing MedicalUniversity,the Key Laboratory of Human Functional Genomics of Jiangsu Province,Nanjing 211166,ChinaAbstract O
5、bjective:To investigate the expression and prognosis of zinc finger DHHCtype containing 9(ZDHHC9)in nonsmallcell lung cancer(NSCLC)and explore its effect and mechanism on the proliferation,migration and invasion of NSCLC cells.Methods:The expressions of ZDHHC9 in NSCLC and its relationship with prog
6、nosis were analyzed by NCBI GEO datasets and Gene ExpressionProfiling Interactive Analysis(GEPIA)database.The expression levels of ZDHHC9 in normal bronchial epithelial cell line(16HBE)and NSCLC cell lines(A549,H1299,H1703)were detected by realtime qPCR.ZDHHC9 was knocked down by siRNA in H1703 andA
7、549 cell lines.Cell proliferation was detected by CCK8 assay.Cell migration and invasion were detected by transwell and scratchassay,and the indicated protein levels were detected by Western blot.Results:The results of GEO datasets and GEPIA data analysisshowed that ZDHHC9 was significantly increase
8、d in NSCLC tissues compared with paracancer tissues,and the expression level ofZDHHC9 correlated with diseasefree survival of patients by GEPIA data analysis(P 0.01).The proliferation activity of H1703 andA549 cells was significantly decreased following ZDHHC9 knockdown.Compared with control,inhibit
9、ion of ZDHHC9 in both H1703and A549 cells displayed significant decreases in the migratory and invasive abilities assessed by the wound healing and transwellassays.Of note,ZDHHC9 knocking down decreased the protein levels of key fatty acid synthesis enzymes in NSCLC cells.Conclusion:ZDHHC9 may promo
10、te proliferation,migration and invasion of NSCLC cells by regulating fatty acid synthesis.Key words ZDHHC9;nonsmall cell lung cancer;proliferation;migration;invasion;fatty acid metabolismJ Nanjing Med Univ,2023,43(08):10611067基金项目国家自然科学基金(82170838)通信作者(Correspondingauthor),Email:基础研究南京医科大学学报(自然科学版)J
11、ournal of Nanjing Medical University(Natural Sciences)第43卷第8期2023年8月1061南京医科大学学报第43卷第8期2023年8月近年来肺癌的发病率日益增加,根据WHO国际癌症研究机构统计,2018年新增肺癌患者209万例(占癌症病例11.6)和1 769万例肺癌死亡病例(占全部肿瘤死亡患者18.4),肺癌也是全球癌症致死的首位原因1。据统计,2020年,中国肺癌新发病例总数约82万,肺癌成为最常见的恶性肿瘤,占中国癌症死亡率的23.8%2。肺癌类型中,约90%是非小细胞肺癌(nonsmall cell lung cancer,NSCL
12、C),生存率低且预后较差。在过去20年里,针对NSCLC的分子靶向疗法和免疫疗法显著提高了NSCLC的治疗效果,但是耐药性的出现影响了NSCLC的治愈率和生存率3。因此,进一步探究与NSCLC发生、发展相关的功能基因,探索新的发病机制和治疗靶点具有重要意义。棕榈酰化修饰是指长链脂肪酸(通常是指16个碳的棕榈酸)通过硫酯键共价修饰到蛋白质半胱氨酸残基上,是一种广泛存在于生物体内动态、可逆的翻译后修饰形式,在调控蛋白质的转运、细胞定位和稳定性等方面都具有非常重要的作用,参与诸多生物学过程4。催化棕榈酰化的酶属于蛋白质酰基转移酶(protein acyltransferase,PAT)家族,含有DH
13、HC(AspHisHisCys)序列,所以称为 DHHCPAT。由于DHHC基序形成锌指结构域,因此编码这些酶的基因称为锌指DHHC(ZDHHC)。现已发现24种人类ZDHHC基因,命名为ZDHHC124。棕榈酰化通过两步机制进行。第一步是DHHC基序中的半胱氨酸残基被来自棕榈酰CoA的棕榈酸酰化,形成酰基酶中间体,这一步通常称为自棕榈酰化。第二步是将棕榈酰基部分转移到蛋白质底物中的半胱氨酸巯基上5。越来越多的研究表明多种疾病与蛋白质棕榈酰化有关,如病毒感染、神经系统疾病、免疫疾病及肿瘤的发生发展 6-9。ZDHHC酶在肿瘤中的作用十分复杂,按照目前的研究结果,可将其分为肿瘤抑制因子、癌蛋白和
14、预后标志物。胃腺癌中发现ZDHHC2低表达,并与淋巴结转移相关,在高转移性小鼠结直肠腺癌模型中也发现 ZDHHC2 表达较低,因此ZDHHC2可以作为肿瘤抑制因子 10。ZDHHC酶也可以被视为一种癌蛋白,如ZDHHC11在非小细胞肺癌和高级别膀胱癌的5号染色体上发生了扩增 11。在神经胶质瘤细胞中,高水平的ZDHHC5提示较差的预后,而ZDHHC5的过表达由肿瘤抑制蛋白p53的致癌突变驱动 12。ZDHHC9是ZDHHC家族中的一员,研究表明其通过发挥棕榈酰化酶的作用与乳腺癌、肾癌和白血病等癌症的进展相关 13-15。但ZDHHC9在肺癌,特别是NSCLC发生发展中的作用尚不清楚。本研究探索
15、了ZDHHC9蛋白对NSCLC细胞增殖、迁移和侵袭的影响,并探讨其可能的机制,为NSCLC的治疗提供新的思路。1材料和方法1.1材料正常支气管上皮细胞系16HBE和NSCLC细胞系(A549、H1299、H1703)均购自上海中国科学院生物化学与细胞生物学研究所,由本实验室保存。DMEM培养基、胎牛血清(GIBCO公司,美国);TRIzol Reagent总RNA提取剂、脂质体 Lipofectamine2000(Invitrogen 公司,美国);HiScript RT SuperMix逆转录试剂盒、AceQ qPCR SYBR Green Master(南京诺唯赞生物科技有限公司);CCK
16、8试剂盒(上海碧云天);CALNEXIN 抗体(ENZO 公司,美国);FASN抗体(106242AP,上海Proteintech);ACC抗体(#3662,CST公司,美国);ACLY抗体(sc517267,Santa Cruz公司,美国);HRP羊抗鼠二抗(Jackson公司,美国);ECL发光液(上海天能);引物由上海捷瑞基因有限公司合成,干扰RNA(siRNA)由广州市锐博生物科技有限公司设计合成。1.2方法1.2.1细胞培养和siRNA转染A549、H1703细胞用添加了10%胎牛血清、抗生素抗真菌素的高糖 DMEM 培养基在 37 5%CO2湿化空气中培养。收集处于对数生长期的细胞
17、,使细胞浓度达到6104个/mL,按2 mL/孔将细胞铺于细胞培养板中,待次日细胞密度达到 8090时使用Lipofectamine 2000按照说明书进行转染。靶向ZDHHC9的siRNA序列如下:siZDHHC91:5GGAACACCTTTTGCTGTGA3;siZDHHC92:5CTACAGCCATGGCAATATT3;siZDHHC93:5CGCCTCGTATCAAGAATTT3。1.2.2RNA提取和实时定量PCR收取细胞或相关转染后的细胞,使用TRIzol试剂按产品说明书提取总RNA,-80 保存备用。按照逆转录试剂盒HiScript RT SuperMix说明书进行cDNA合成,
18、用AceQ qPCR SYBR Green Master试剂盒检测相关基因表达,以actin作为内参基因。PCR条件:95 预变性,10 min;95 变性,15 s;60 退火延伸,60 s;循环 40 次。2-Ct方法用于RNA水平表达量分析。引物序列如下:ZDHHC9上1062游引物:5CCCAGGCAGGAACACCTTTT3;下游引物:5CCGAGGAATCACTCCAGGG3;actin上游引物:5TGGAATCCTGTGGCATCCATGAAAC3;下游引物:5TAAAACGCAGCTCAGTAACAGTCCG3。1.2.3细胞蛋白提取及Western blot细胞板中加入适量R
19、IPA裂解液,用细胞刮将细胞充分刮下放入1.5 mL EP管中,4 12 000 r/min离心10 min,小心转移上清至另一套EP管中用BCA法进行蛋白浓度测定;在蛋白原液中加入5上样缓冲液,混匀离心放入 95 金属浴 10 min,储存于-80 冰箱。Western blot:用8%SDSPAGE 胶进行分离,并转移到 PVDF 膜上,膜用 TBST buffer(10 mmol/LTris,150 mmol/L NaCl,0.1%Tween20,pH 7.27.6)配制的5%脱脂奶粉溶液封闭1 h,然后加入相应抗体4 孵育过夜,TBST洗涤后,加入HRP标记二抗室温孵育1 h,最后用E
20、CL 发光试剂盒显色。用Image J 对条带进行灰度分析,计算蛋白的相对表达量。1.2.4细胞CCK8增殖实验收集处理完毕的细胞悬液,再用牛鲍板进行细胞计数,经计算配制成2 000个/mL细胞的细胞悬液,铺入 96 孔板中,每孔 100 L,以 10 L 体积的CCK8(Cell Counting Kit8)试剂加入到每个孔中。37 避光反应1 h,反应结束后把细胞板放入酶标仪中震荡10 s,分别在450 nm和690 nm处读值并计算细胞的增殖能力。1.2.5Transwell实验收集处理好的细胞于1.5 mL EP管中,1 500 r/min离心5 min,用高糖无血清培养基洗23次,用
21、1 mL高糖无血清培养基重悬细胞混匀;用牛鲍板进行计数,将细胞(5104个细胞用于迁移实验;1105个细胞用于侵袭实验)加在Transwell小室的正上方(进行侵袭实验要在Transwell小室上方中加基质胶),小室的底部刚好浸入 500 L 20的血清培养基中。培养24 h后,用药棉擦去上层膜上残留的细胞。先用多聚甲醛进行细胞固定30 min,再用结晶紫对小室底部的细胞进行 60 min 染色,最后用ddH2O清洗3遍,风干,用倒置显微镜对小室底部的细胞进行拍照并用软件对细胞数进行统计。1.2.6划痕实验在6孔板的底部平均划6条横线随后将细胞按照每孔2105个细胞数铺于6孔板中,贴壁后分别转
22、染相应小干扰RNA。48 h后用10 L的枪头在6孔板中划3条竖线(尽量保证竖线的宽度相等)。用PBS吸去漂浮的细胞,两组尽量选择相似的区域且宽度一样的地方作为起始点,观察2448 h,用照相机记录伤口愈合的情况。1.3统计学方法实验数据采用Graphpad Prism 8.0统计软件进行统计分析并制图。实验结果以均值标准差(x s)表示。对于两组间的比较,使用t检验来确定是否具有统计学意义,使用ANOVA单因素方差分析进行多组间的比较。每组实验均重复3次,P 0.05为差异有统计学意义。2结果2.1ZDHHC9在非小细胞肺癌组织和细胞系中表达水平升高首先,通过生物信息技术在NCBI data
23、sets GEO数据库(GSE31210)中分析了肺癌临床样本和正常肺组织样本,结果显示与正常肺组织相比,ZDHHC9在肺癌临床分期A、B、阶段中表达量升高(P 0.000 1,图1A)。为了进一步确定ZDHHC9在正常的肺部组织细胞和NSCLC细胞中的表达水平是否存在同样差异,检测3种NSCLC细胞系(A549、H1299、H1703)中ZDHHC9相对于支气管上皮细胞(16HBE)的表达量,发现ZDHHC9在3种NSCLC细胞系中均表达升高(P 0.001,图1B)。2.2ZDHHC9表达水平升高与非小细胞肺癌预后不良相关通过 GEPIA 网站(http:/ 高表达组的预后显著低于低表达组
24、(HR=1.4,P=0.008 5,图2B)。以上结果表明ZDHHC9在肺癌患者中表达明显上升且其表达水平与NSCLC患者的预后不良密切相关。2.3敲降ZDHHC9抑制非小细胞肺癌细胞增殖为了深入了解ZDHHC9在NSCLC发生发展中的作用,选用2种NSCLC细胞系H1703和A549,设计3条干扰RNA(siZDHHC9)进行敲降,Realtime qPCR验证敲降效率。发现干扰后,ZDHHC9的mRNA水平较对照组均明显降低(P 0.01,P 0.001,图3A、B)。后续我们选择siZDHHC92开展相关实验。为确定ZDHHC9对细胞增殖的影响,利用CCK8法检测了ZDHHC9敲降后的细
25、胞增殖活力,结果表明,敲降ZDHHC9能显著抑制H1703细胞(图3C)和A549细第43卷第8期2023年8月周容,高琛梓,赵廷枫,等.棕榈酰化转移酶9调控非小细胞肺癌增殖、迁移、侵袭及相关机制研究 J.南京医科大学学报(自然科学版),2023,43(8):1061-10671063南京医科大学学报第43卷第8期2023年8月*A549H1703H129916HBEZDHHC9 mRNA相对表达量3210A期期B期正常组GSE31210ZDHHC9 mRNA相对表达量6 0004 0002 0000*ABA:分析GEO DataSets肺癌临床标本芯片(GSE31210)中ZDHHC9在临床
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