CircNFATC3通过结合IGF2BP3并限制其泛素化以增强CCND1 mRNA稳定性促进胃癌增殖

CircNFATC3 promotes the proliferation of gastric cancer through binding to IGF2BP3 and restricting its ubiquitination to enhance CCND1 mRNA stability.

作者信息Feifei Yang, Qiang Ma, Bo Huang, Xiaolin Wang, Xiaojuan Pan, Ting Yu, Lingyu Ran, Shan Jiang, Haiping Li, Ye Chen, Yuying Liu, Ce Liang, Junwu Ren, Yuying Zhang, Shimin Wang, Wei Li, Bin Xiao
PMID37340423
发布时间2023-06
DOI10.1186/s12967-023-04235-y

实验完整度

包含临床组织样本检测、体外细胞功能实验、体内动物模型验证以及分子机制研究(RIP、RNA pull-down、IP、泛素化实验),多个独立证据层级且包含功能验证和机制验证。

主要模型

胃癌细胞系SGC7901、BGC823、HGC-27 BALB/c裸鼠皮下移植瘤模型 胃癌患者组织样本及组织芯片

重点核对

胃癌细胞系SGC7901、BGC823用于体外功能与机制研究,HGC-27用于体内移植瘤模型。 circNFATC3敲低使用siRNA(si-circNFATC3-1和si-circNFATC3-2)及shRNA慢病毒(sh-circNFATC3)。 体内实验中,胆固醇修饰siRNA(5 nmol/kg)每2天肿瘤内注射一次,持续2-3周。 使用放线菌素D(5 μg/ml)处理0、3、6、9小时检测RNA稳定性。 使用CHX(20 µg/ml)处理0、6、12小时检测蛋白稳定性。

摘要

背景 胰岛素样生长因子II mRNA结合蛋白3(IGF2BP3)是一种RNA结合蛋白,在基因表达的转录后水平调控中具有多重作用,并参与包括胃癌(GC)在内的多种癌症的发生和进展。环状RNA(circRNAs)是一类多样化的内源性非编码RNA群体,在癌症中具有重要的调控作用。然而,在GC中调控IGF2BP3表达的circRNAs在很大程度上尚不清楚。 方法 使用RNA免疫沉淀和测序(RIP-seq)在GC细胞中筛选与IGF2BP3结合的circRNAs。使用Sanger测序、RNase R实验、qRT-PCR、核质分离和RNA-FISH实验鉴定环状核因子活化T细胞3(circNFATC3)及其定位。通过qRT-PCR和ISH检测人GC组织和癌旁正常组织中circNFATC3的表达。通过体内和体外实验证实circNFATC3在GC中的生物学作用。此外,进行RIP、RNA-FISH/IF、IP和挽救实验以揭示circNFATC3、IGF2BP3和细胞周期蛋白D1(CCND1)之间的相互作用。 结果 我们鉴定了一个与GC相关的circRNA,circNFATC3,它与IGF2BP3相互作用。circNFATC3在GC组织中显著过表达,并与肿瘤体积呈正相关。在功能上,circNFATC3敲低后,GC细胞的增殖在体内和体外均显著降低。在机制上,circNFATC3在细胞质中与IGF2BP3结合,通过阻止泛素E3连接酶TRIM25介导的泛素化来增强IGF2BP3的稳定性,从而增强IGF2BP3-CCND1调控轴并促进CCND1 mRNA的稳定性。 结论 我们的发现表明circNFATC3通过稳定IGF2BP3蛋白以增强CCND1 mRNA稳定性来促进GC增殖。因此,circNFATC3是治疗GC的潜在新靶点。

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
在胃癌中,哪些circRNAs调控IGF2BP3的表达以及circNFATC3是否以及如何通过调控IGF2BP3影响胃癌增殖?
核心机制
circNFATC3在细胞质中结合IGF2BP3,阻止E3泛素连接酶TRIM25介导的IGF2BP3泛素化降解,增强IGF2BP3蛋白稳定性,进而增强IGF2BP3对CCND1 mRNA的结合和稳定性调控,从而促进CCND1表达。
主要证据
临床组织样本检测显示circNFATC3高表达并与肿瘤体积正相关;体外细胞增殖实验(CCK-8、克隆形成、EdU)和体内裸鼠移植瘤实验表明敲低circNFATC3抑制胃癌增殖;RIP、RNA pull-down、IP、泛素化实验及CHX/MG132处理揭示了circNFATC3通过抑制TRIM25介导的泛素化稳定IGF2BP3的机制;挽救实验证实IGF2BP3或CCND1过表达可部分逆转circNFATC3敲低引起的增殖抑制。
研究意义
circNFATC3是胃癌中的一个致癌基因,可能成为GC治疗的一个潜在新靶点。

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

筛选与鉴定IGF2BP3结合的circRNA

鉴定在胃癌细胞中与IGF2BP3蛋白结合的circRNAs,并筛选出在胃癌中异常表达的候选circRNA。

使用RIP-seq筛选胃癌SGC7901细胞中与IGF2BP3结合的circRNAs,并通过qRT-PCR在16对胃癌及癌旁组织中验证差异表达,选择circNFATC3进行后续研究。通过Sanger测序、RNase R处理、放线菌素D实验、核质分离和RNA-FISH鉴定circNFATC3的环状结构、稳定性和亚细胞定位。

2

验证circNFATC3与IGF2BP3的直接结合

验证circNFATC3与IGF2BP3蛋白在胃癌细胞中是否存在直接相互作用,并确定结合区域。

通过RIP实验检测IGF2BP3抗体富集的circNFATC3水平,通过RNA pull-down实验检测circNFATC3探针能否拉下IGF2BP3蛋白,通过RNA-FISH/IF实验观察二者的共定位,并通过构建IGF2BP3截短体进行RIP实验确定结合结构域。

3

评估circNFATC3对胃癌细胞增殖的影响

确定circNFATC3在体外和体内对胃癌细胞增殖的功能影响。

使用siRNA或shRNA敲低circNFATC3后,通过CCK-8、平板克隆形成和EdU实验检测体外细胞增殖能力;在BALB/c裸鼠皮下接种HGC-27细胞构建移植瘤模型,通过肿瘤内注射胆固醇修饰siRNA敲低circNFATC3,评估肿瘤生长情况,并通过IHC检测Ki-67表达。

4

阐明circNFATC3调控IGF2BP3稳定性的分子机制

探究circNFATC3是如何调控IGF2BP3蛋白表达水平,特别是是否通过泛素-蛋白酶体途径影响蛋白稳定性。

检测circNFATC3敲低后IGF2BP3蛋白和mRNA水平;使用CHX追踪实验评估蛋白稳定性;使用蛋白酶体抑制剂MG132处理;通过IP检测IGF2BP3的泛素化水平;并检测TRIM25对IGF2BP3蛋白表达的调控及二者的相互作用,最后通过双敲除实验验证TRIM25在circNFATC3调控IGF2BP3中的作用。

5

验证IGF2BP3介导circNFATC3对胃癌细胞增殖的促进作用

验证circNFATC3对胃癌细胞增殖的促进作用是否依赖于IGF2BP3。

在circNFATC3敲低的细胞中过表达IGF2BP3,检测IGF2BP3蛋白水平变化以及细胞增殖能力的恢复情况。

6

确定circNFATC3/IGF2BP3轴的下游靶基因

寻找并验证circNFATC3-IGF2BP3轴调控的靶基因,特别是CCND1。

通过综合分析TCGA数据库上调基因、RIP-seq结合基因和IGF2BP3敲低后的下调基因,筛选候选靶基因。验证在IGF2BP3敲低、过表达或circNFATC3敲低后候选靶基因mRNA水平的变化,确定CCND1为靶基因。通过Western blot验证蛋白水平,通过RIP验证IGF2BP3与CCND1 mRNA的结合,通过放线菌素D实验检测CCND1 mRNA稳定性。

7

体内外挽救实验验证CCND1介导circNFATC3的促增殖功能

验证circNFATC3通过调控CCND1促进胃癌增殖,并确定这一功能在体内的必要性。

在circNFATC3敲低的细胞中过表达CCND1,检测细胞增殖能力的恢复。在裸鼠移植瘤模型中,联合注射胆固醇修饰siRNA和CCND1过表达慢病毒,评估肿瘤生长和增殖标志物表达。

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
RNA保存液Thermo Scientific--
DMEM培养基----
RPMI 1640培养基Basal Media--
胎牛血清Lonsera--
RNase RLucigen--
RNAiso PlusTakara--
PrimeScript RT Master MixTakara--
SYBR Green Master MixBioground--
CFX connect实时荧光定量PCR系统BioRad--
Paris试剂盒Life Technologies--
RNA-FISH试剂盒GenePharma--
IGF2BP3抗体Abcam--
荧光二抗Signalway Antibody--
共聚焦显微镜Leica Microsystems--
原位杂交试剂盒Boster--
NBT/BCIP显色液Roche--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
DNA转染试剂Neofect--
pCDH质粒载体----
pEGFP-N1载体Clontech--
pCMV3-N-HA-TRIM25质粒Sino BiologicalHG17528-NY
pCMV-HA-Ub质粒----
sh-circNFATC3慢病毒Hanbio--
嘌呤霉素----
RIPA裂解液Beyotime--
PMSFBeyotime--
磷酸酶抑制剂Beyotime--
PVDF膜----
β-actin抗体Beyotime--
IGF2BP3抗体Abcam--
TRIM25抗体Abcam--
CCND1抗体CUSabio--
GFP抗体Roche--
HA抗体Abmart--
HRP标记的二抗Beyotime--
ECL化学发光试剂BioScience--
Magna RIP试剂盒Millipore--
RNA pull-down试剂盒----
CCK-8试剂盒Biosharp--
Varioskan LUX酶标仪Thermo Scientific--
Epson扫描仪Epson--
EdU试剂盒Ribobio--
荧光倒置显微镜Olympus--
胆固醇修饰siRNAGenepharma--
体内转染试剂Engreen--
CCND1慢病毒Leqin Biotechnology--
Ki-67抗体Servicebio--
IGF2BP3抗体Abcam--
CCND1抗体CUSabio--
MG132MedChemExpress--
免疫沉淀试剂盒Thermo Scientific--
TrizolTakara--
Prism 8GraphPad--

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
临床样本收集
样本类型:胃癌组织及癌旁组织;样本量:16对;保存条件:RNA Later,-80°C
阅读提示:见Methods中Clinical specimens部分
细胞培养
细胞系:SGC7901、BGC823(DMEM+10% FBS),HGC-27(RPMI 1640+10% FBS);培养条件:37°C,5% CO2
阅读提示:见Methods中Cell lines部分
circNFATC3敲低
siRNA序列及转染试剂:si-circNFATC3-1和si-circNFATC3-2,Lipofectamine 2000或Neofect转染试剂;shRNA慢病毒敲低
阅读提示:见Methods中Cell transfections部分和Additional file 1: Table S6
体外增殖实验
CCK-8:细胞数3×10^3/孔;克隆形成:1×10^3细胞/孔;EdU:3×10^4细胞/孔
阅读提示:见Methods中Cell proliferation assays部分
RNA稳定性实验
放线菌素D浓度:5 μg/ml;处理时间:0、3、6、9 h
阅读提示:见Methods中Actinomycin D assay部分
蛋白稳定性实验
CHX浓度:20 µg/ml;处理时间:0、6、12 h;MG132浓度:10 µM;处理时间:12 h
阅读提示:见Methods中Cycloheximide (CHX) and proteasome inhibitor (MG132) assays部分
动物实验
动物品系:雄性BALB/c裸鼠,3-4周龄;细胞接种:HGC-27细胞5×10^6皮下注射;siRNA给药:胆固醇修饰siRNA 5 nmol/kg,每2天一次,持续2-3周;CCND1慢病毒:每周一次,持续2周
阅读提示:见Methods中Animal experiments部分