USF1下調結直腸癌中FHL2基因轉錄調控的機制研究.pdf

1、FHL2（four and a half LIM domain protein2）是一種多功能蛋白。不同的亞細胞器中FHL2可能參與不同的生物學過程。FHL2能夠與integrin、presenilin-2以及電壓門控K+通道受體相互作用，從而與信號轉導蛋白（包括ERK2、FAPp175和腺苷酸環(huán)化酶）發(fā)生相互作用，影響轉錄因子和輔助因子的信號傳導，進而影響基因表達。FHL2還可以調節(jié)剪接、DNA復制和修復過程。另外，FHL2可以與結構

2、蛋白如β-actinin、肌動蛋白和肌聯蛋白結合。 最初發(fā)現FHL2基因在肌原細胞中表達，但是在惡性橫紋肌肉瘤細胞中下調。后來的研究發(fā)現FHL2除了在骨骼肌和平滑肌中不表達，在腦、肝臟和肺中低表達之外，在其余組織中均表達，而且與腫瘤關系密切。在鱗癌、惡性膠質瘤、黑色素瘤、髓系白血病、宮頸癌、結直腸癌、肺癌、肝癌和腎癌中FHL2的轉錄活性明顯增高，而在淋巴細胞白血病、Burkitt's中FHL2的轉錄活性極低甚至缺乏。肺癌標本中F

3、HL2重度核染，而在正常肺組織中FHL2無表達，且高表達FHL2的非癌病人1年生存率明顯低于不表達FHL2的病人。與正常卵巢組織相比，在人卵巢癌的上皮細胞FHL2表達增高。與正常肝臟組織相比，10例肝癌標本中8例標本的FHL2mRNA表達水平明顯增高。 本課題組的前期工作已經完成以下內容：1、胃腸道腫瘤組織中FHL2的表達明顯高于配對的正常組織。反義FHL2穩(wěn)定轉染胃結腸腫瘤細胞后發(fā)現細胞變長或者成為梭狀，胞漿變長或者成為樹枝狀

4、且核漿比例變小。反義FHL2可以誘導CEA、E-cadherin和F-actin的成熟，且抑制包括cox-2、survivin、c-jun和hTERT等癌基因的表達，抑制AP-1和hTERT的啟動子活性。抑制FHL2可以抑制血清依賴、錨定依賴和非依賴的細胞生長，并且抑制裸鼠成瘤實驗中腫瘤的形成。因此抑制FHL2基因可以誘導胃腸道腫瘤細胞的分化并且抑制胃腸道腫瘤的形成； 2、免疫組化發(fā)現FHL2蛋白在結直腸癌組織中高度表達，但其表

5、達程度與癌癥病理分級無明顯相關；3、已經成功制備并鑒定了兔抗人的FHL2多克隆抗體。 FHL2由4個半LIM結構域組成，其中半個LIM結構域位于N端，屬于LIM蛋白。人類FHL2基因定位在人染色體2q12-q14，由7個外顯子組成，其中前3個是非編碼序列。對該基因的啟動子進行生物信息學分析，發(fā)現其啟動子序列上存在著多個潛在的轉錄因子結合位點，包括p53、SRF、Nkx2.5、MEF-2、E2F、E-box、AP1等。盡管特定轉

6、錄因子的實際作用還未完全明確，但有證據支持p53、SRF、Nkx2.5、MEF-2、E2F、AP1等參與了FHL2基因的轉錄。雖然在FHL2啟動子中發(fā)現含有多個E-box位點，但至今尚無關于E-box位點介導FHL2轉錄水平調控機制研究的報道。根據啟動子序列預測軟件，我們推測USF1可能通過結合FHL2基因啟動子上的E-box位點，從而調控FHL2基因的轉錄。 E-box位點是USF1、USF2、TFE3等多個bHLH-zip

7、（basic helix-loop-helix leucinezipper）轉錄因子家族成員的結合位點。1985年，Sawadogo等人首次從Hela細胞核內提取物中部分純化出一種稱為USF（上游刺激因子，后來命名為USF1）的序列特異性轉錄因子，并在體外實驗發(fā)現，加入USF可以使腺病毒Major late promoter的轉錄活性增強10～20倍。隨后的研究證實了USF是進化高度保守的bHLH-zip轉錄因子家族的成員，能通過結合D

8、NA上的E-box位點（核心序列為5’CANNTG3’）發(fā)揮作用。 USF是細胞內普遍存在的轉錄因子，其細胞特異性的表達是由于與之發(fā)生相互作用的轉錄調節(jié)因子及其轉錄后激活和翻譯后修飾均具有細胞特異性。USF1具有類似于Myc蛋白的bHLH-LZ結構，可競爭性結合相同的靶DNA序列，從而拮抗Myc促進細胞增殖與轉化的功能，為正常胚胎發(fā)育所必需。Hela細胞中過表達USF可引起生長抑制，然而由于Saos-2細胞缺乏USF的轉錄活性

9、，在該細胞中并未發(fā)現該現象。6種乳腺癌細胞中3種USF轉錄活性缺失。USF轉錄活性在腫瘤細胞中缺失或者降低，這可能與E-box位點的突變或者甲基化修飾而終止蛋白質-DNA的相互作用，以及翻譯后修飾和蛋白質-蛋白質的相互作用的改變，而抑制USF的轉錄活性，最終下調P53的表達。DNA損傷時，激活的USF1可通過調節(jié)P53和BRCA2基因參與DNA的修復。在永生化的腫瘤細胞中USF1通過與hTERT結合，參與腫瘤的進程。 因此，我們

10、推測USF1可能通過結合FHL2基因啟動子上的E-box位點，從而調控FHL2基因的轉錄。 研究目的： 探討USF1在結直腸癌發(fā)生中的作用及其對FHL2基因的轉錄調控作用與機制。 研究內容、方法： 一、利用RT-PCR和Western blot方法檢測不同的人胃腸道腫瘤細胞中USF1的表達情況； 一、利用免疫組化方法檢測不同分期的人結直腸腫瘤組織中USF1的表達情況； 三、利用EMSA和C

11、hIP方法檢測USF1蛋白與FHL2基因啟動子的結合情況； 四、利用基因克隆技術構建FHL2啟動子的真核表達載體，利用定點突變技術構建FHL2啟動子的突變載體； 五、利用雙熒光素酶報告基因系統(tǒng)檢測定點突變FHL2啟動子的E-box位點后，突變載體熒光素酶活性的變化； 六、利用基因克隆技術構建并鑒定重組質粒pcDNA3.1（+）-USF1； 七、利用RT-PCR和Western blot方法檢測過表達或者干

12、擾USF1后FHL2的表達情況； 八、利用雙熒光素酶報告基因系統(tǒng)檢測過表達或者干擾USF1后FHL2啟動子的熒光素酶活性。 結果： 一、USF1在不同的人胃腸道腫瘤細胞株中具有不同的表達水平 8株人胃腸道腫瘤細胞均表達USF1蛋白。USF1在蛋白水平的表達量以SW480、SW620和LoVo細胞最高，而在KATOⅢ細胞中的含量最低；USF1在mRNA水平的表達量以SW480、SW620、LoVo和HCT1

13、16細胞最高，而在KATOⅢ細胞中的含量最低。 二、USF1在人結直腸腫瘤組織的表達顯著增強 USF1在人正常結直腸黏膜中蛋白呈低表達；在有不典型增生的人腺瘤組織中，USF1的表達相對于正常人結直腸黏膜開始增強；而在人結直腸癌組織中其表達顯著增強，差別有統(tǒng)計學意義（P=0.0018）。USF1蛋白的表達在不同Dukes’分期、不同分化程度的結直腸癌組織之間無明顯差異（P>0.05）。 三、USF1對FHL2基因

14、的轉錄具有調控作用 1、USF1能夠與FHL2啟動子的上游E-box位點特異性結合 EMSA實驗證實了SW480細胞的核蛋白與-817bp/-812bp處E-box位點結合形成了DNA-核蛋白復合物，且競爭性探針可以抑制此復合物的形成。ChIP實驗證實了SW480細胞中USF1蛋白能與FHL2基因DNA結合。 2、定點突變FHL2啟動子的E-box位點后，突變載體的熒光素酶活性較未突變組明顯升高 雙熒光

15、素酶報告基因系統(tǒng)證實在SW480細胞和LoVo細胞中4個FHL2基因啟動子報告載體的轉錄活性不同，其中pluc595的熒光素酶活性值最高。 對FHL2啟動子區(qū)域-817/-812bp處的E-box進行定點突變，使其由CAGCTG序列變?yōu)門AATTG，從而破壞E-box位點的序列，使其不能與USF1結合。定點突變FHL2啟動子后，突變載體熒光素酶活性較未突變組明顯升高（p<0.05）。 3、構建重組質粒pcDNA3.1（+

16、）-USF1，并篩選出USF1高表達的SW480細胞和LoVo細胞，將其命名為SW480USF1和LoVoUSF1。 4、在SW480USF1和LoVoUSF1中，FHL2表達水平顯著降低（P<0.05）。 5、在SW480細胞和LoVo細胞中采用USF1 siRNA干擾USF1的表達后，FHL2表達水平顯著增高（P<0.05）。 6、在SW480USF1和LoVoUSF1中，FHL2基因啟動子的轉錄活性下降。