野生型p53调控结肠癌细胞代谢转换的研究

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野生型p53调控结肠癌细胞代谢转换的

研究

刘亮

陈浩余超然

陶德定冷彦胡俊波龚建平李小兰

【摘要】

目的观察野生型p53基因在结肠癌细胞系中能量代谢转换中的作用。方法利用

流式细胞学方法检测p53在结肠癌细胞系HCTl16中对荧光标记的葡萄糖类似物:2-N[7-硝基苯-2一乙二酸,34羟氨基]一2一脱氧葡萄糖(2-NBDG)摄取的影响,进一步采用Westernblot、实时定量聚合酶链反应(Real—timePCR)等方法检测其可能的下游调控关键酶三磷酸腺苷(ATP)柠檬酸裂解酶(ACLY)、糖酵解的关键酶葡糖糖6.磷酸脱氢酶(c6PD)、乳酸脱氢酶(LDHA)、醛缩酶(ALDOA)及M2型丙酮酸激酶(PKM2)的蛋白及转录水平的表达变化。结果

比较于p53缺失型(KO)HCTll6

细胞,p53野生型(WT)的HCTll6细胞对葡萄糖的摄取能力下降4l%(P<0.05)。进一步利用

Westernblot法检测能量代谢关键基因进行蛋白水平的比较及半定量分析后发现,相对于053KO的

HCTll6细胞,调控细胞脂质代谢关键酶ACLY下调0.3984(t=7.154,P<0.025)、糖酵解的关键酶G6PD下调0.3578(t=10.99,P<0.01)、LDHA下调0.2227(t=7.182,P<0.05),证明上述基因在p53可汀细胞中表达受抑制,而另外两个糖酵解关键酶ALDOA及PKM2的表达则无明显变化(P>0.05)。进一步检测mRNA水平后发现p53wT的HCTll6细胞中ACLY基因下调6.61倍(t=43.18,P<0.01)、G6PD基因下调6.75倍(t=85.90,P<0.01)及LDHA基因下调0.99倍(t=32.42,P<0.01),而ALDOA及PKM2则无明显变化(P>0.05)。结论野生型p53作为抑癌基因参与肿瘤能量代谢的调控过程,其可能通过抑制多种关键酶发挥作用。

【关键词】结肠肿瘤;053;能量代谢

Theexperimentalresearchofwild—type

p53

inregulatingmetabolictransformationofcolorectal

cancer

cells

LiuLiang,ChenHao,YuChaoran,TaoDeding,Leng

Yan,肌Junbo,GongJm印ing,Li

Xiaolan.CancerResearchInstitute,DepartmentofGeneralSurgery,Tongfi

Hospital,Tongfi

MedicalCol—

lege,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430030,China

Correspondingauthor:LiXiaolan.Email:nancy99998@aliyun.corn

【Abstract】objectiveToinvestigatetheregulatoryeffectofp53inmetabolictransformationof

colorectalcancercells.MethodsIdentifytheroleof053intheregulationofglucoseconsumptionbyFlow

Cytometryanalysis.InvestigatethekeyenzymeofmetabolicsignalpathwaythroughusingWesternblotting

andreal—timequantitativepolymerasechainreaction(Real—timePCR)analysis.Results

Relativetothe

knock—out(KO)053HCTl16cells,theabilityofglucoseuptakeappearedsuppressedby41percent

inwild—type(WT)p53HCTl16cells(P<0.05).rI'}leproteinexpressionofadenosine・triphosphate(ATP)一citratelyase(ACLY),glucose一6一phosphatedehydrogenase(G6PD)andlactatedehydrogen。

ase

A(LDHA).key

enzymes

inmetabolism,aredecreased0.3984,0.3578and0.2227respectively,

as

weIIin053WTHCTll6cells(P<0.025).ThemRNAexpressionofACLYandG6PDinp53WT

HCTll6cellsexhibitedapproximatelysix—folds(t=43.18,P<0.叭)andseven—folds(t=43.18,P<0.01)decreased.respectively.Besides.themRNAexpressionofLDHAdecreasedapproximately

50%inp53WTHCTl16

cells(t=32.42,P<0.01).However,theproteinandmRNAexpressionofal-

d01aseA(ALDOA)andpyruvatekinaseM2(PKM2)betweenthesecellsshowsno

difference(P>0.05).ConclusionWild—type(WT)p53,asatumorsuppressorgene,mayinhibitmetabolictransfor。

mationthroughseveralkeyenzymes.

【Keywords】Colonicneoplasms;p53;Energymetabolism

DOI:10.3760/ema.j.issn.1001-9030.2015.08.046

基金项目:国家自然科学基金资助项目(81101943、81372324、81201638)

作者单位:430030武汉,华中科技大学同济医学院附属同济医院肿瘤研究所/胃肠外科通信作者:李小兰,Email:nancy99998@aliyun.corn

・1905・

・实验研究・

史堡塞堕处型盘查!!!!生!旦筮丝鲞筮!塑垦!地』量翌墨!垡:△!趔塾垫!!:!堂:丝,№:!

结直肠癌是我国最常见的恶性肿瘤之一,目前在我国的发病率呈不断上升趋势…。p53基因作为最经典的肿瘤抑癌基因,参与肿瘤多方面调控。最近研究结果显示,肿瘤细胞糖代谢的异常改变对促进肿瘤胞的生长、侵袭和转移具有重要意义,目前作为肿瘤治疗

方向新的靶点越来越被受到重视旧J。本研究旨在探

5’一TcGGCCAAGGCAATITcAGAG一3’,下游弓I物:5’一

CGAGCATACqq"GAACCGATTCT.3’;G6PD上游弓I物:5’一CGAGGCCGTCACCAAGAAC一3’,下游引物:5’一GTAGTGGTCGATGCGGTAGA-3’;LDHA上游引物:5’一ATGGCAACTCTAAAGGATCAGC-3’,下游弓l物:5’一CCAACCCCAACAACTGTAATCT-3’;ALDOA上游弓I物:5’.ATGCCCTACCAATATCCAGCA-3’,下游弓I物:5’一GCTCCCAGTGGACTCATCTG一3’;PKM2上游引物:

讨p53在结肠癌细胞HCTl16代谢转换中的作用及其可能的分子调控机制。

材料与方法

1.材料:HCTll6p53野生型及缺失型细胞株由本

5’.ATGTcGAAGcCCCATAGTGAA.3’,下游引物:5’一

TGGGTGGTGAATCAATGTCCA.3’;GAPDH上游引物:

5’.TGTGGGCATCAATGGATTTGG-3’,下游引物:5’一ACACCA7IIGTArI’I'CCGGGTCAAT.3’。按照试剂盒说明

进行Real.time

实验室传代所得。细胞常规培养条件为37℃、5%CO:,细胞培养采用DMEM培养基(Hyclone公司)、10%

PCR反应,并用2一枷‘法分析Real-time

胎牛血清(Gibco公司);p53、甘油醛-3.磷酸脱氢酶

(GAPDH)抗体购自SantaCruz公司;三磷酸腺苷(ATP)柠檬酸裂解酶(ACLY)、葡糖糖6一磷酸脱氢酶

(G6PD)、乳酸脱氢酶(LDHA)、醛缩酶(ALDOA)及M2

PCR数据,应用单向方差分析进行各个样本间2一AAc‘

的比较。

5.统计学方法:数据以均数±标准差(元-I-s)表示,

应用SPSS12.0统计软件分析,采用t检验,以P<

型丙酮酸激酶(PKM2)抗体均购自Proteintech公司;

2-脱氧一D葡萄糖(2NBDG)检测试剂盒购自Invitrogen公司。

0.05为差异有统计学意义。

2.细胞葡萄糖摄取实验:细胞接种于24孔板正常培养24h后,换成不含葡萄糖的DMEN培养基(Gibco公司)培养4h后加入100mmoL/L2-NBDG作用2

荧光。

3.Westernblot:将HCTll6细胞以5×105个/孔

h,

1.野生型p53抑制结肠癌细胞HCTll6葡萄糖摄取:采用本实验室所保存的HCTll6p53野生型(WT)及缺失型(KO)细胞系(图1),利用2-NBDG检测试剂盒检测两种细胞的葡萄糖摄取能力,发现比较于p53

缺失型HCTll6细胞,p53野生型HCTll6细胞的葡萄

胰酶消化细胞,PBS洗2遍后流式细胞仪检测细胞的

糖摄取能力下降41%(P<0.05.图2)。

种于6孔板,24h贴壁培养后胰酶消化收集细胞沉淀,

加入适量含苯甲基磺酰氟(PMSF)的NP40裂解液冰上裂解离心后取上清,经二喹啉甲酸(BCA)法检测浓度后加人上样缓冲液水浴100cc。蛋白样品以每孔30斗l上样电泳后,硝酸纤维素(NC)膜转膜2h,并用脱脂牛奶封闭非特异性结合,4℃孵育一抗过夜(p53抗体浓度为1:500,GAPDH、ACLY、G6PD、ALDOA、PKM2抗体浓度均为1:1000,LDHA抗体浓度

1:4

图1

(i\t'1)ll--

l:野生型;2:缺失型;GAPDH:甘油醛_3—磷酸脱氢酶

Westernblot检测p53野生型及缺失型

HCTll6细胞中p53的表达

ooo),TBST洗膜后孵育二抗,最后用增强化学发

2.p53对结肠癌HCTl16细胞能量代谢关键酶蛋

光(ECL)法显影。ImageJ软件分析目的条带和内参白水平的影响:对肿瘤能量代谢中糖酵解关键酶G6PD、LDHA、PKM2、ALDOA及脂肪酸合成关键酶ACLY等基因的蛋白表达水平进行检测,发现p53野

生型HCTl16细胞中ACLY、G6PD及LDHA等表达均低于p53缺失型细胞中的表达量,利用ImageJ软件进

的灰度值,计算两者的比值即为相对灰度值,比较实验

组和对照组间目的蛋白条带的相对灰度值,即可间接反映蛋白表达水平差异。

4.实时定量聚合酶链反应(Real—timePCR):将HCTll6细胞以5×105个/孔接种于6孔板,24h贴壁培养后胰酶消化收集细胞沉淀,利用Trizol法提取细

行灰度值分析,进行半定量分析后可见相对于p53缺

失型(KO)细胞,ACLY下调0.3984(t=7.154,P<0.05)、G6PD下调0.3578(t=10.99,P<0.01)、LDHA下调0.2227(t=7.182,P<0.05);而ALDOA

胞RNA,按照TaKaRa公司的反转录试剂盒说明书操作进行反转录合成cDNA。根据基因序列用NCBIPrimer.BLAST设计引物,序列如下:ACLY上游引物:

及PKM2差异则无统计学意义(P>0.05,图3)。

r乜堡塞堕处型苤查!Q!!生!旦笙丝鲞箜!塑垦!i!』坠e!!坚:垒!耻堕!Q!!:!!!:!!,堂:!

・1907・

注:WT:野生型;KO:缺失型

圈2

注:WT:野生型;KO:缺失型;ACLY:三磷酸腺苷柠檬酸裂

p53缺失型及野生型HCTI16细胞葡萄糖摄取率比较

解酶;G6PD:葡糖糖6磷酸脱氢酶;LDHA:乳酸脱氢酶;

ALDOA:醛缩酶;PKM2:M2型丙酮酸激酶;与缺失型比较,

8P<0.01

———-

图4p53对HCTl16细胞中能量代谢关键酶mRNA水平的影响

●—h■I

过Westernblot检测后发现在p53野生型细胞中

’■一'●——,

'———◆—■—一

ACLY、G6PD、LDHA等基因蛋白水平的表达明显低于p53缺失细胞。其中ACLY是参与脂质代谢的关键酶,参与脂类的从头合成过程旧1;G6PD作为磷酸戊糖途径的首个限速酶,参与糖异生及其他生物合成过程H1;LDHA是糖酵解途径的末端酶,其在多种肿瘤中

表达有上调趋势¨J。我们分析p53与ACLY、G6PD及

●——■●—-

●—■—_

醛_3.磷酸脱氢酶

图3

●—■■———◆

wT:野生型;KO:缺失型;ACLY:三磷酸腺苷柠檬酸裂解酶;G6PD:葡糖糖6一磷酸脱氢酶;LDHA:乳酸脱氢酶;ALDOA:醛缩酶;PKM2:M2型丙酮酸激酶;GAPDH:甘油

LDHA等基因的转录水平是否存在差异后发现,p53野生型细胞相较于缺失型细胞中ACLY下降接近6.61倍、G6PD下降6.75倍、LDHA下降0.99倍。本研究结果表明野生型p53可以通过抑制肿瘤能量代谢关键酶ACLY、G6PD及LDHA蛋白及mRNA的表达水平调控细胞葡萄糖的摄取能力,与既往研究相符HJ。

本研究结果表明,p53作为重要的抑癌基因,可能

通过抑制或下调G6PD、LDHA及ACLY,从而抑制结

053对HCTI16细胞中能量代谢关键酶蛋白水平的影响

3.p53对结肠癌HCTll6细胞能量代谢关键酶

mRNA水平的影响:利用Real—timePCR法检测上述关

直肠癌细胞HCTl16的葡糖糖摄取,提示p53在肿瘤能量代谢转化过程中发挥着重要作用。

参考文献

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键酶的mRNA水平的影响,发现比较于p53缺失型细胞,p53野生型细胞ACLY表达下调6.61倍(t=43.18,P<0.01)、G6PD下调6.75倍(t=85.90,P<0.01)、LDHA下调0.99倍(t=32.42,P<0.01),差异有统计学意义,而ALDOA及PKM2基因的mRNA水平表达差异无统计学意义(P>0.05,图4)。

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我们通过比较HCTll6p53野生型与缺失型细胞中葡萄糖摄取率的差异后发现p53可以抑制肿瘤细胞葡萄糖的摄取能力,提示影响肿瘤细胞糖摄取除肿瘤微环境中的间质细胞外,肿瘤细胞本身的基因型变化也是影响月啦瘤糖摄取能力的重要因素。我们进一步比较参与肿瘤糖代谢及脂质代谢关键酶的基因变化,通

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Chavez—PemzVA,Strasberg—RieberM,RieberM.Hypoxiaandhy・poxiamimeticcooperatestarvation

tocounteract

tumorcellresistanceto

pro妇ntially

glucose

intumorcellswith

mutantp53『J].Bioehem

BiophysResCommun,2014,443(1):120—125.

(收稿日期:2015-04—12)

野生型p53调控结肠癌细胞代谢转换的研究

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):

刘亮, 陈浩, 余超然, 陶德定, 冷彦, 胡俊波, 龚建平, 李小兰华中科技大学同济医学院附属同济医院肿瘤研究所/胃肠外科, 武汉,430030中华实验外科杂志

Chinese Journal of Experimental Surgery2015,32(8)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zhsywk201508046.aspx


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