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1、目的:最近研究表明,強(qiáng)心苷類藥物除可應(yīng)用于治療心血管疾病,還可預(yù)防與治療腫瘤,且其抗腫瘤作用可能與抑制低氧誘導(dǎo)因子HIF-1α蛋白表達(dá)密切關(guān)系,但強(qiáng)心苷類藥物如何調(diào)節(jié)HIF-1α蛋白的分子機(jī)制尚未闡明。本課題探討強(qiáng)心苷類藥物抑制HIF-1α蛋白表達(dá)的分子靶點(diǎn),為臨床上強(qiáng)心苷類藥物合理應(yīng)用治療腫瘤提供科學(xué)依據(jù),也為設(shè)計(jì)HIF-1α蛋白抑制劑提供新思路。
方法:(1)Western Blot法和TR-PCR法分別檢測(cè)強(qiáng)心苷類藥
2、物作用后相關(guān)蛋白表達(dá)和mRNA水平的變化;(2)運(yùn)用siRNA技術(shù)分別對(duì)腫瘤細(xì)胞內(nèi)eIF-20α,Na+/K+-ATPase和eIF4E基因進(jìn)行沉默,檢測(cè)基因沉默后強(qiáng)心苷類藥物對(duì)HIF-1α蛋白水平影響的變化;(3)運(yùn)用質(zhì)粒轉(zhuǎn)染技術(shù),過表達(dá)eIF4E蛋白,檢測(cè)強(qiáng)心苷類藥物對(duì)HIF-1α蛋白水平影響的變化;(4)計(jì)算機(jī)分子對(duì)接模型預(yù)測(cè)強(qiáng)心苷類藥物與蛋白翻譯相關(guān)因子的結(jié)合能量參數(shù);(5)采用兔網(wǎng)織紅細(xì)胞體外翻譯體系,檢測(cè)強(qiáng)心苷類藥物在體外對(duì)
3、蛋白質(zhì)翻譯影響的變化;(6)采用改良的兩套報(bào)告基因體系,評(píng)價(jià)強(qiáng)心苷類藥物對(duì)細(xì)胞內(nèi)“帽”(cap)依賴性蛋白質(zhì)翻譯的影響;(7)運(yùn)用免疫沉淀法檢測(cè)藥物作用后,eIF4E與HIF-1α mRNA、eIF4G蛋白結(jié)合水平的變化;(8)采用sRB染色法評(píng)價(jià)eIF4E在Ouabain抑制腫瘤細(xì)胞增殖中的作用。
結(jié)果:
1強(qiáng)心苷類藥物可抑制低氧誘導(dǎo)因子HIF-1α蛋白表達(dá)選取不同來源腫瘤細(xì)胞(OVCAR8,AGS,HeP
4、G2,Hela,U2OS),在低氧下用Ouabain(100,200,400,800nM)處理細(xì)胞8小時(shí),Western Blot結(jié)果顯示,在各細(xì)胞株中Ouabain對(duì)HIF-1α蛋白表達(dá)的減少呈現(xiàn)濃度依賴性;此外,Ouabain能下調(diào)氯化鈷引起的HIF-1α蛋白表達(dá),并呈現(xiàn)濃度依賴性;強(qiáng)心苷類藥物ProscillaridinA也能有效地下調(diào)HIF-1α蛋白的表達(dá),且有效濃度低于Ouabain。而Digitonin在濃度為1μM范圍內(nèi)不
5、能下調(diào)HIF-1α蛋白的表達(dá)。
2強(qiáng)心苷類藥物可減少HIF-1α蛋白合成從而影響其蛋白表達(dá)
熒光定量PCR及半定量PCR結(jié)果顯示,U2OS細(xì)胞經(jīng)Ouabain作用后,HIF-1αmRNA水平無顯著性變化;Western Blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在U2OS細(xì)胞中Ouabain并未加速HIF-1α蛋白的降解;蛋白酶體抑制劑MG132未逆轉(zhuǎn)Ouabain引起的HIF-1α蛋白下調(diào)。上述結(jié)果提示Ouabain抑制HIF
6、-1α蛋白的表達(dá)可能是由于減少HIF-1α蛋白的合成。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,強(qiáng)心苷類藥物Ouabain(100 nM)和ProscillaridinA(50 nM)能有效地抑制HIF-1α蛋白合成。
3 mTORC1、eIF2α和Na+/K+ATPase并不參與強(qiáng)心苷類藥物抑制HIF-1α蛋白表達(dá)的過程
Western Blot檢測(cè)結(jié)果顯示,U2OS細(xì)胞經(jīng)Ouabain作用后,Ouabain對(duì)mTOR、4E-B
7、P1的原型及其磷酸化水平均無明顯變化,提示mTORC1/4E-BP1信號(hào)通路在這一過程中未發(fā)揮重要作用;雖然強(qiáng)心苷類藥物作用后eIF2α磷酸化水平明顯上升,但沒有抑制HIF-1α蛋白表達(dá)作用的Digitonin同樣地也能上調(diào)eIF2α的磷酸化水平。此外,用siRNA沉默eIF2α后并未觀察到有逆轉(zhuǎn)強(qiáng)心苷類藥物對(duì)HIF-1α抑制的作用,提示eIF2α信號(hào)通路也未在這一過程中發(fā)揮重要作用;進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí),siRNA沉默Na+/K+-ATPa
8、se對(duì)強(qiáng)心苷類藥物引起HIF-1α下調(diào)作用無影響,卻能上調(diào)eIF2α磷酸化水平,但在Na+/K+-ATPase基因敲除后Ouabain并未明顯地引起eIF2α磷酸化水平上調(diào),表明強(qiáng)心苷類藥物激活eIF2α信號(hào)通路可能是由于抑制Na+/K+-ATPase的活性所導(dǎo)致的,進(jìn)一步證實(shí)eIF2α信號(hào)通路不參與強(qiáng)心苷類藥物抑制HIF-1α蛋白表達(dá)的過程中。
4強(qiáng)心苷類藥物抑制“帽”依賴性蛋白質(zhì)翻譯過程
應(yīng)用兔網(wǎng)織紅細(xì)胞
9、裂解液體外翻譯體系,發(fā)現(xiàn)Ouabain較好地抑制蛋白質(zhì)翻譯過程;根據(jù)計(jì)算機(jī)分子擬合結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)強(qiáng)心苷類藥物與真核細(xì)胞翻譯起始因子eIF4E有較好的相互作用。我們采用改良的兩套蛋白質(zhì)翻譯調(diào)控體系來研究強(qiáng)心苷類藥物對(duì)eIF4E調(diào)控的“帽”依賴性蛋白質(zhì)翻譯的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ouabain能抑制eIF4E調(diào)控的“帽”依賴性蛋白質(zhì)翻譯,對(duì)“帽”非依賴性蛋白質(zhì)翻譯無影響;此外,我們還觀察到Ouabain能在轉(zhuǎn)錄后水平上抑制Cyclin D1蛋白的表
10、達(dá),進(jìn)一步明確Ouabain能較好地抑制eIF4E的活性。
5 eIF4E在強(qiáng)心苷類藥物抑制HIF-1α蛋白表達(dá)中的作用
在前列腺癌(DU145),骨肉瘤(U2OS),肝癌(HepG2和SMMC-7721),肺癌(A549和95D),卵巢癌(SKOV3)和宮頸癌(HeLa)等8株細(xì)胞株中,我們發(fā)現(xiàn)eIF4E蛋白與HIF-1α蛋白表達(dá)存在著較好的正相關(guān)性(R=0.882,P=0.004);在U2OS細(xì)胞中將eI
11、F4E沉默后,HIF-1α蛋白表達(dá)水平明顯下降,而過表達(dá)eIF4E,結(jié)果則相反,即HIF-1α蛋白表達(dá)水平明顯上調(diào);此后,考察eIF4E在強(qiáng)心苷類藥物抑制HIF-1α蛋白表達(dá)中的作用,發(fā)現(xiàn)eIF4E沉默后可逆轉(zhuǎn)強(qiáng)心苷類藥物Ouabain和Proscillaridin A所引起HIF-1α蛋白表達(dá)的下調(diào),而外源性過表達(dá)的eIF4E能減弱強(qiáng)心苷類藥物Ouabain和Proscillaridin A對(duì)HIF-1α蛋白表達(dá)的抑制作用,并呈濃度依
12、賴性。這些結(jié)果說明強(qiáng)心苷類藥物可能通過抑制eIF4E的活性來抑制HIF-1α蛋白表達(dá);免疫沉淀結(jié)果發(fā)現(xiàn),強(qiáng)心苷類藥物不是通過阻斷eIF4E和HIF-1αmRNA之間的結(jié)合,而是通過阻斷eIF4E/eIF4G之間的結(jié)合來抑制eIF4E的功能從而發(fā)揮其抑制HIF-1α蛋白表達(dá)的作用。此外,過表達(dá)eIF4E能減弱強(qiáng)心苷類藥物Ouabain對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖抑制作用。
結(jié)論:本文對(duì)強(qiáng)心苷類藥物抑制HIF-1α蛋白表達(dá)的作用及對(duì)其作用機(jī)
13、制進(jìn)行了深入的研究。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),強(qiáng)心苷類藥物Ouabain和Proscillaridin A能不同程度地抑制細(xì)胞內(nèi)HIF-1α蛋白表達(dá);這種抑制作用不是通過阻斷mTOR,eIF2a和Na+/K+-ATPase這些信號(hào)通路,更不是阻斷eIF4E和底物mRNA之間的結(jié)合所致,而是通過阻斷eIF4E/eIF4G之間的結(jié)合來抑制蛋白質(zhì)翻譯起始復(fù)合物eIF4F的形成所導(dǎo)致的。本課題研究強(qiáng)心苷類藥物抑制低氧誘導(dǎo)因子HIF-1α蛋白表達(dá)的作用及其分子
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