肿瘤坏死因子α将外源性炎症相关microRNA递送至受体细胞并具有功能性靶向能力

Tumor necrosis factor alpha delivers exogenous inflammation-related microRNAs to recipient cells with functional targeting capabilities

作者信息Yuechao Zhao, Tan Zhang, Xuelian Shen, Aixue Huang, Hui Li, Lin Wang, Xuemei Liu, Xuejun Wang, Xiang Song, Shengqi Wang, Jie Dong, Ningsheng Shao
PMID35791880
期刊Mol Ther
发布时间2022-09-07
DOI10.1016/j.ymthe.2022.06.017

实验完整度

包含体外结合实验(EMSA、BLI)、细胞功能实验(集落形成、迁移、靶基因表达)、体内成瘤实验及受体敲除验证。

主要模型

HCT116 细胞(人结直肠癌细胞系) BALB/c 裸鼠皮下移植瘤模型 U937 细胞(人单核细胞系,PMA/LPS 激活) A549、HUVEC、HEK293T、HT-29 细胞系

重点核对

TNF-α 与 microRNA 的结合特异性及 3′-GGUU 基序的作用 TNFR1/2 在介导 TNF-α-microRNA 复合物内化中的必要性 外源性 microRNA 递送后的功能(靶基因下调、细胞增殖与迁移) 体内肿瘤生长影响(rhTNF-α-miR-146a 促进肿瘤生长,rhTNF-α-let-7c 抑制肿瘤生长)

摘要

Tumor necrosis factor alpha (TNF-α) is a critical pro-inflammatory cytokine in a wide range of tumors and infectious diseases. This study showed for the first time that TNF-α could specifically bind to certain intracellular or circulating inflammation-related microRNAs both in vitro and in vivo. The binding sites of TNF-α to microRNAs are located at the N-terminal of TNF-α and the 3'-GGUU motif of microRNAs. TNF-α could deliver exogenous unmodified single-stranded microRNAs into recipient cells through the TNF-α receptors (TNFRs) and stabilize them from being degraded by RNase in cells. Exogenous miR-146a or let-7c delivered into HCT116 cells by TNF-α could escape from lysosomes and specifically downregulate their target genes and then affect cell proliferation and migration in vitro, as well as tumorigenesis in vivo. Based on the above findings, the concept of "non-conjugated ligand-mediated RNA delivery (ncLMRD)" was proposed, which may serve as a promising strategy for therapeutic microRNA delivery in the future.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
TNF-α 能否作为天然载体,与炎症相关 microRNA 结合并将其递送至受体细胞,且递送的 microRNA 是否具有功能性靶向作用?
核心机制
TNF-α 通过其 N 端碱性氨基酸与 microRNA 的 3′-GGUU 基序结合,形成复合物后经 TNFR1/2 介导的内吞进入受体细胞,递送的 microRNA 可逃逸溶酶体并特异性下调靶基因,从而发挥功能。
主要证据
EMSA 和 BLI 证明 TNF-α 特异性结合 microRNA;免疫荧光和流式证明复合物内化依赖 TNFR;HCT116 细胞中 miR-146a 下调 NUMB/TRAF6,let-7c 下调 LIN28B;体内实验显示复合物影响肿瘤生长。
研究意义
本研究首次提出非共轭配体介导的 RNA 递送(ncLMRD)概念,为未来利用天然蛋白进行 microRNA 治疗递送提供了新策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

验证 TNF-α 与 microRNA 的直接结合

确定 TNF-α 是否能特异性结合炎症相关 microRNA。

使用 EMSA 和 BLI 检测 rhTNF-α 与生物素标记的单链 microRNA 的结合,并通过突变分析结合位点。

2

验证 TNF-α-microRNA 复合物的细胞摄取

检测复合物能否被 HCT116 细胞内化。

使用 Alexa Fluor 488 标记的 TNF-α 和 Cy3 标记的 microRNA,通过流式细胞术和共聚焦显微镜检测内化。

3

验证 TNFR 介导的递送机制

确认复合物内化是否依赖 TNF-α 受体。

比较 TNFR 高表达与低表达细胞系的摄取效率,使用 siRNA 敲降 TNFR1 及 CRISPR-Cas9 敲除 TNFR1/2,并观察受体阻断抗体效果。

4

评估递送 microRNA 的功能

检验递送的 microRNA 是否能够下调靶基因并影响细胞行为。

检测递送后靶基因(NUMB、TRAF6、LIN28B)表达,以及集落形成和迁移能力变化。

5

体内验证递送效果

验证 TNF-α 递送 microRNA 在体内是否能影响肿瘤生长。

将 HCT116 细胞皮下注射到裸鼠,成瘤后瘤内注射 TNF-α、microRNA 或复合物,测量肿瘤体积。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
McCoy's 5A 培养基HyClone--
RPMI 1640 培养基Gibco--
DMEM 培养基HyClone--
胎牛血清Gibco10270
青霉素-链霉素Thermo Scientific15140163
重组人 TNF-αPeprotechAF-300-01A
nrhTNF----
生物层干涉仪Gator Bio.--
链霉亲和素传感器Gator Bio.160002
蛋白酶 KSolarbioP1120
化学发光核酸检测模块试剂盒Thermo Scientific89880
佛波醇 12-肉豆蔻酸酯 13-乙酸酯SigmaP1585
脂多糖SigmaL2880
TRIzol 试剂Invitrogen15596026
M-MLV 逆转录酶Thermo Scientific28025013
THUNDERBIRD SYBR qPCR 混合液ToyoboQPS-201
M-PER 哺乳动物蛋白提取试剂Thermo Scientific78501
SuperSignal West Pico PLUS 化学发光底物Thermo Scientific4577
蛋白酶抑制剂混合物Thermo Scientific87786
Lipofectamine RNAiMAX 转染试剂Invitrogen13778-075
阿达木单抗SelleckA2010
LysoTracker Green 溶酶体探针Thermo ScientificL7526
Hoechst 33342----
Transwell 小室Corning3422
结晶紫BeyotimeC0121
CCK8 试剂盒DojindoCK04
抗 TNF-α 抗体Proteintech60291
抗 TNFR1 抗体Proteintech60192
抗 TNFR2 抗体Proteintech19272
抗 TNF-α 抗体Cell Signaling Technology6945
抗 LIN28B 抗体Cell Signaling Technology4196
抗 NUMB 抗体ABclonalA9352
抗 TRAF6 抗体ABclonalA16991
抗 Actin 抗体ABclonalAC026
TNFSF13OrigeneTP761373
TNFSF10Sino Biological10409-HNAE
TNFSF11Sino Biological11682-HNCH
TNFSF14Sino Biological10386-H15H3
TNFSF13ProteintechAg29054

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
TNF-α 与 microRNA 结合实验
TNF-α 浓度梯度、microRNA 浓度、结合缓冲液、孵育时间
阅读提示:Materials and methods: TNF-α-microRNA complex binding kinetic characterization assay; EMSA
细胞摄取实验
细胞系(HCT116 等)、TNF-α 和 microRNA 浓度、孵育时间、荧光标记
阅读提示:Materials and methods: Flow cytometry, Confocal laser scanning microscopy; Figure legends 2
TNFR 介导机制验证
TNFR 表达水平、siRNA 敲降效率、CRISPR 敲除效率、Adalimumab 浓度
阅读提示:Materials and methods: RNAi and cell transfection, Western blot; Results: TNF-α-microRNA complex delivered into recipient cells is mediated by TNFRs
功能验证实验
集落形成实验细胞数、处理浓度、迁移实验时间、靶基因检测
阅读提示:Materials and methods: Cell migration assay, Colony formation assays, Western blot; Figure legends 4
体内实验
小鼠品系、周龄、细胞注射数量、给药浓度、给药间隔、肿瘤体积测量
阅读提示:Materials and methods: In vivo tumorigenesis; Figure legend 4I