ARHGAP15表达下调通过PTEN/AKT/FOXO1轴促进结直肠癌的发展

Decreased expression of ARHGAP15 promotes the development of colorectal cancer through PTEN/AKT/FOXO1 axis.

作者信息Shengli Pan, Yingying Deng, Jun Fu, Yuhao Zhang, Zhijin Zhang, Xiaokun Ru, Xianju Qin
PMID29867200
发布时间2018-06-04
DOI10.1038/s41419-018-0707-6

实验完整度

包含临床样本表达分析、细胞功能验证(增殖、迁移、侵袭)、机制验证(通路蛋白检测、拯救实验)、体内异种移植和转移模型,多层级实验。

主要模型

HT29和RKO细胞系 LoVo细胞系 裸鼠异种移植模型 裸鼠尾静脉转移模型

重点核对

ARHGAP15在CRC组织中的低表达 ARHGAP15过表达对HT29和RKO细胞功能的影响 ARHGAP15敲低对LoVo细胞功能的影响 PTEN/AKT/FOXO1通路蛋白变化 PTEN过表达或MK2206对ARHGAP15敲低效应的逆转

摘要

大量证据表明Rho GTP酶激活蛋白在人类恶性肿瘤中发挥关键作用。Rho GTP酶激活蛋白15(ARHGAP15)是Rac1特异性GAP,其下调已在胶质瘤和胰腺导管腺癌中观察到。本研究通过实时定量PCR和免疫组织化学分析探讨了其在结直肠癌(CRC)中的表达。在体内外研究了ARHGAP15在CRC中的可能功能。我们发现ARHGAP15在CRC标本中的表达明显低于正常结肠黏膜。ARHGAP15表达与CRC患者的临床分期、肿瘤大小、转移、生存状态和总生存期显著相关。在体外,ARHGAP15过表达抑制了HT29和RKO细胞的生长、迁移和侵袭,而在ARHGAP15沉默的LoVo细胞中观察到相反的结果。在机制上,通过基因集富集分析TCGA CRC数据集,我们发现PTEN信号通路与ARHGAP15表达密切相关。在ARHGAP15过表达的HT29和RKO细胞中观察到PTEN和FOXO1(AKT下游转录因子)增加,AKT磷酸化降低。此外,ARHGAP15过表达增加了p21,p21负责加速细胞生长和S期阻滞,但降低了MMP-2和MMP-9的蛋白水平,这些是细胞转移的刺激物。值得注意的是,上调PTEN表达、FOXO1过表达以及用MK2206阻断AKT通路的激活抑制了ARHGAP15沉默的LoVo细胞的增殖和转移能力。此外,FOXO1过表达显著增强了ARHGAP15的表达和启动子活性。此外,ARHGAP15过表达显著减缓了体内肿瘤生长和肺转移的速度。总之,这些结果表明ARHGAP15可能通过PTEN/AKT/FOXO1信号通路作为CRC进展和转移中的肿瘤抑制因子。

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
ARHGAP15在结直肠癌中的表达及其对肿瘤进展和转移的作用和分子机制。
核心机制
ARHGAP15通过PTEN/AKT/FOXO1信号通路抑制CRC细胞增殖、迁移和侵袭,且FOXO1与ARHGAP15形成正反馈环路。
主要证据
CRC组织表达分析、细胞增殖和迁移实验、western blot检测通路蛋白、体内成瘤和转移模型。
研究意义
ARHGAP15可能作为CRC的预后生物标志物,并为CRC治疗的分子机制提供新见解。

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

临床样本表达分析

检测ARHGAP15在CRC组织中的表达水平

利用GEO和TCGA数据集分析ARHGAP15 mRNA表达,通过qRT-PCR和IHC验证,并分析其与临床病理特征和预后的相关性。

2

体外细胞功能实验

探究ARHGAP15对CRC细胞增殖、周期、迁移和侵袭的影响

在HT29和RKO细胞中过表达ARHGAP15,在LoVo细胞中敲低ARHGAP15,通过CCK-8、流式细胞术和transwell实验检测功能。

3

机制验证实验

验证ARHGAP15是否通过PTEN/AKT/FOXO1信号通路发挥作用

通过western blot检测PTEN、p-AKT、AKT、FOXO1、p21、MMP-2、MMP-9等蛋白水平;进一步通过PTEN过表达、MK2206处理和FOXO1过表达进行拯救实验。

4

FOXO1调控ARHGAP15实验

探究FOXO1是否调控ARHGAP15的表达

在LoVo细胞中过表达或敲低FOXO1,检测ARHGAP15 mRNA和蛋白水平;通过双荧光素酶报告基因实验检测ARHGAP15启动子活性。

5

体内实验

验证ARHGAP15过表达对体内肿瘤生长和转移的影响

将pLVX-ARHGAP15或pLVX-NC转导的RKO细胞皮下注射或尾静脉注射裸鼠,观察肿瘤生长和肺转移情况。

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
TRIzol试剂Invitrogen15596-026
RevertAid第一链cDNA合成试剂盒FermentasK1622
Maxima SYBR Green/ROX qPCR预混液Thermo ScientificK0223
ABI Prism 7300实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
ARHGAP15抗体InvitrogenPA5-31530
杜氏改良Eagle培养基----
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
pLKO.1质粒Addgene--
psPAX2包装质粒----
pMD2G包膜质粒----
脂质体2000Invitrogen--
pLVX-puro载体Clontech--
PTEN抗体Cell Signaling Technology9552
p21抗体Cell Signaling Technology2947
MMP-2抗体AbcamAb14311
MMP-9抗体AbcamAb38898
AKT抗体Cell Signaling Technology9272
p-AKT抗体Cell Signaling Technology9271
FOXO1抗体AbcamAb52857
GAPDH抗体Cell Signaling Technology5174
细胞计数试剂盒-8SAB biotech--
核糖核酸酶ASigma--
碘化丙啶Sigma--
Accuri C6流式细胞仪BD Biosciences--
基质胶BD Biosciences--
结晶紫----
双荧光素酶报告基因检测系统PromegaE1910
MK2206----

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
临床样本分析
CRC组织和正常结肠黏膜样本数(95例CRC,20例正常),ARHGAP15高表达和低表达的分组标准(>20%阳性为高表达)
阅读提示:Methods: Patients and tissue samples; IHC analysis
细胞培养
细胞系(HIEC, HT29, RKO, LoVo, SW620, SW480),培养基(DMEM+10%FBS+1%青霉素-链霉素),培养条件(37°C, 5% CO2)
阅读提示:Methods: Cell culture
慢病毒感染
shRNA序列、载体(pLKO.1)、包装质粒(psPAX2, pMD2G)、转染试剂(lipofectamine 2000)
阅读提示:Methods: Lentiviral vectors construction and cell transfection
功能实验
CCK-8实验细胞数(5×10^3/孔)、时间点(0,24,48,72h);Transwell实验细胞数(2×10^5/mL)、基质胶浓度(1mg/mL);细胞周期检测细胞数(5×10^5/孔)
阅读提示:Methods: CCK-8 assay; Transwell assay; Cell cycle analysis
机制实验
western blot检测的蛋白(PTEN, p-AKT, AKT, FOXO1, p21, MMP-2, MMP-9)及抗体信息;MK2206处理浓度;PTEN和FOXO1过表达载体
阅读提示:Methods: Western blot analysis; Lentiviral vectors construction
体内实验
动物品系(5周龄裸鼠),每组数量(6只),细胞注射数量(2×10^6),肿瘤体积计算方法,实验时间(8周)
阅读提示:Methods: Xenograft mouse model and in vivo metastasis mouse model