LncRNA TM1-3P通过miR-144-3p/ONECUT2轴调控骨关节炎成纤维细胞增殖、凋亡和炎症

LncRNA TM1-3P Regulates Proliferation, Apoptosis and Inflammation of Fibroblasts in Osteoarthritis through miR-144-3p/ONECUT2 Axis.

作者信息Yangfei Yi, Ningyin Yang, Zirui Yang, Xiaojun Tao, Yufei Li
PMID36178080
发布时间2022-11
DOI10.1111/os.13530

实验完整度

包含生物信息学分析、体外细胞实验(双荧光素酶、RIP、RNA pull down、CCK8、EDU、流式)、体内大鼠模型(HE、Annona Red O/Fast Green、免疫组化、Western blot、qRT-PCR)等多层级验证。

主要模型

IL-1β诱导的人成纤维滑膜细胞(hFSCs) 不稳定内侧半月板诱导的OA大鼠模型 293A细胞(用于双荧光素酶报告基因实验)

重点核对

hFSCs(CP-H094)培养于含10% FBS的DMEM,IL-1β浓度10 ng/ml处理72小时 大鼠OA模型采用不稳定内侧半月板模型,32只雄性SD大鼠随机分为4组(每组8只) LV-sh-LncRNA TM1-3p和LV-sh-LncRNA NC于术后每周两次膝关节注射,持续4周 转染使用Lip2000,miR-144-3p mimic和oe-ONECUT2质粒 双荧光素酶报告基因实验使用293A细胞和pHG-MirTarget质粒

摘要

目的:本研究探讨LncRNA TM1‐3P对骨关节炎(OA)成纤维细胞增殖、凋亡和炎症反应的影响及其潜在机制。方法:采用生物信息学分析OA疾病相关基因、miRNA谱和功能。通过双荧光素酶报告基因实验、RNA结合蛋白免疫沉淀(RIP)和RNA pull down分析LncRNA TM1‐3P与miR‐144‐3p、ONECUT2与miR‐144‐3p的靶向调控关系。通过苏木精–伊红(HE)和Annona Red O/Fast Green染色观察膝关节组织病理形态。通过RT‐qPCR、Western blot和免疫组织化学检测mRNA和蛋白的表达。组间比较采用非配对T检验,多组比较采用重复测量数据单因素方差分析,随后进行Tukey事后检验。结果:与正常组相比,骨关节炎组ONECUT2和Smurf2基因显著升高(P < 0.001,P < 0.001)。在白细胞介素(IL)‐1β诱导的人成纤维滑膜细胞(hFSCs)中,ONECUT2和LncRNA TM1‐3P表达升高,miR‐144‐3p表达降低(mRNA:1.06 ± 0.24 vs. 3.29 ± 0.73,蛋白:0.22 ± 0.03 vs. 0.46 ± 0.22,1.23 ± 0.22 vs. 3.76 ± 0.73,1.06 ± 0.25 vs. 0.37 ± 0.13,P < 0.01,P < 0.001,P < 0.01,P < 0.05)。miR‐144‐3p过表达下调ONECUT2表达,降低IL‐1β诱导的hFSCs增殖,促进凋亡(mRNA:0.89 ± 0.14 vs. 0.15 ± 0.01,P < 0.05;蛋白:0.46 ± 0.01 vs. 0.23 ± 0.01,P < 0.001;CCK8:1.88 ± 0.07 vs. 1.65 ± 0.07;P < 0.05;EDU:55.82 ± 1.44 vs 40.57 ± 2.24,P < 0.05;凋亡:10.57 ± 0.79 vs 16.36 ± 0.35,P < 0.0001)。LncRNA TM1‐3P过表达上调ONECUT2表达,促进细胞增殖,抑制凋亡(mRNA:0.9 ± 0.09 vs 1.94 ± 0.12,P < 0.05;蛋白:0.61 ± 0.05 vs 0.76 ± 0.03,P > 0.05;CCK8:2.07 ± 0.05 vs 2.47 ± 0.06;P < 0.01;EDU:52.67 ± 1.17 vs 60.06 ± 3.24,P < 0.05;凋亡:10.57 ± 0.79 vs 16.36 ± 0.35,P < 0.001),这些效应被miR‐144‐3p过表达处理逆转(mRNA:1.82 ± 0.07 vs 0.31 ± 0.07,P < 0.0001;蛋白:0.74 ± 0.02 vs 0.35 ± 0.01,P < 0.01;CCK8:2.41 ± 0.01 vs 1.67 ± 0.02;P < 0.0001;EDU:66.85 ± 2.86 vs 44.68 ± 1.97,P < 0.0001;凋亡:7.19 ± 0.19 vs 13.36 ± 0.53,P < 0.0001)。沉默LncRNA TM1‐3P减轻大鼠膝关节组织损伤,下调ONECUT2、Smurf2、IL‐1β、IL‐6、TNF‐α表达,并改善Rap1表达(0.71 ± 0.04 vs 0.48 ± 0.02,0.68 ± 0.06 vs 0.36 ± 0.02,0.74 ± 0.03 vs 0.49 ± 0.04,0.78 ± 0.01 vs 0.54 ± 0.03,0.68 ± 0.02 vs 0.4 ± 0.04,0.24 ± 0.01 vs 0.4 ± 0.03,P < 0.05,P < 0.05,P < 0.05,P < 0.01,P < 0.01,P < 0.05)。结论:LncRNA TM1‐3P通过miR‐144‐3p/ONECUT2轴改善OA大鼠膝关节炎症和损伤,为OA的基因治疗提供新的理论基础。

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
LncRNA TM1-3P是否通过miR-144-3p/ONECUT2轴影响骨关节炎成纤维细胞的增殖、凋亡和炎症反应?
核心机制
LncRNA TM1-3P通过海绵吸附miR-144-3p,上调ONECUT2表达,进而促进Smurf2、IL-1β、IL-6、TNF-α表达,抑制Rap1表达,促进ECM降解,加剧OA炎症和损伤。
主要证据
体外实验显示IL-1β诱导的hFSCs中TM1-3P和ONECUT2表达升高,miR-144-3p降低;双荧光素酶、RIP和RNA pull down验证了靶向关系;过表达miR-144-3p下调ONECUT2并抑制增殖、促进凋亡,过表达TM1-3P则相反,且miR-144-3p可逆转其效应。体内实验表明沉默TM1-3P减轻大鼠膝关节损伤和炎症。
研究意义
揭示TM1-3P在OA中的新机制,为OA的基因治疗提供新的理论依据,TM1-3P抑制剂可能成为有前景的治疗药物。

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

生物信息学筛选OA差异基因

通过GSE55457数据集分析OA与正常组差异表达基因,预测可能的关键基因和通路。

使用R语言limma包分析GSE55457数据集,筛选差异表达基因,并进行KEGG功能富集分析。

2

体外验证IL-1β诱导hFSCs中ONECUT2/Smurf2表达

构建IL-1β诱导的OA细胞模型,验证关键基因和蛋白的表达变化。

用IL-1β处理hFSCs,检测ONECUT2、Smurf2、Rap1、MMP13、ADAMTS5、CollagenII、Aggrecan等的表达,以及细胞活力、增殖和凋亡。

3

验证miR-144-3p与ONECUT2的靶向关系

通过生物信息学预测和实验验证miR-144-3p是否直接靶向ONECUT2。

使用Venn图分析多个数据库预测的miRNA,双荧光素酶报告基因验证结合,RIP验证RNA-蛋白相互作用。

4

验证miR-144-3p靶向ONECUT2对hFSCs功能的影响

探究miR-144-3p通过调控ONECUT2对细胞增殖、凋亡和炎症的影响。

在IL-1β诱导的hFSCs中分别转染miR-144-3p mimic和oe-ONECUT2,检测相关分子表达和细胞功能。

5

验证LncRNA TM1-3P与miR-144-3p的靶向关系

通过生物信息学和实验验证TM1-3P是否靶向miR-144-3p。

使用生物信息学预测结合位点,双荧光素酶报告基因、RIP和RNA pull down验证相互作用,并检测IL-1β处理对TM1-3P表达的影响。

6

验证TM1-3P靶向miR-144-3p对hFSCs功能的影响

探究TM1-3P通过竞争性结合miR-144-3p调控hFSCs增殖、凋亡和炎症的作用。

在IL-1β诱导的hFSCs中过表达TM1-3P,并联合miR-144-3p,检测相关分子表达和细胞功能。

7

体内验证沉默TM1-3P对OA大鼠的影响

在大鼠OA模型中验证沉默TM1-3P是否能缓解膝关节损伤和炎症。

通过不稳定内侧半月板模型建立OA大鼠,膝关节注射LV-sh-LncRNA TM1-3p,进行组织学染色和分子检测。

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
DMEM培养基SigmaD5796
胎牛血清----
Lip2000转染试剂Invitrogen11,668,019
白细胞介素-1β----
双荧光素酶检测试剂盒PromegaE1910
RIP试剂盒SigmaRIP-12RXN
RNA pull-down试剂盒Thermofisher20,164
细胞计数试剂盒-8DOJINDONU679
Annexin V-FITCkeyGEN Bio TECHKGA108
碘化丙啶MeilunbioMA1037
EDU试剂RIBBIOC10310-1
Hoechst 33342BeyotimeC1025
石蜡SigmaP3558
Annona Red O/Fast Green染色试剂盒Abiowell--
抗CollagenII抗体Abcamab34712
抗Aggrecan抗体Proteintech13880-1-AP
抗MMP13抗体Proteintech18165-1-AP
抗ADAMTS5抗体AffinityDF13268
抗CollagenII抗体Abcamab188570
抗Rap1抗体Proteintech12735-1-AP
抗Aggrecan抗体Proteintech13880-1-AP
抗ONECUT2抗体Proteintech21916-1-AP
抗Smurf2抗体CST#12024
抗MMP13抗体Proteintech18165-1-AP
抗ADAMTS5抗体Abcamab41037
抗IL-1β抗体Proteintech16806-1-AP
抗IL-6抗体Abcamab259341
抗TNF-α抗体Proteintech17590-1-AP
抗β-actin抗体Proteintech66009-1-IG
二抗IgGProteintechSA00001-1
二抗IgGProteintechSA00001-2
TRIzol试剂Thermofisher15,596,026
mRNA逆转录试剂盒CWBIOCW2569
miRNA逆转录试剂盒CWBIOCW2141
UltraSYBR混合物CWBIOCW2601
RIPA裂解液Abiowell--
切片机Zhejiang Jinhua Yidi Experimental equipmentYD-315
显微镜MoticBA410T
流式细胞仪BeckmanA00-1-1102
生物显微镜Beijing Zhongxian Hengye InstrumentDSZ2000X
化学发光检测仪PromegaGloMax 20/20
Bio-Tek酶标仪hui songMB-530

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
细胞实验
hFSCs细胞系(CP-H094)培养条件;IL-1β浓度和暴露时间;细胞分组和转染条件。
阅读提示:Materials and Methods - Cell Experiment and Grouping
动物实验
大鼠品系、性别、体重、分组和数量;OA模型手术方式;病毒注射时间和频率;实验周期。
阅读提示:Materials and Methods - Animal Experiment and Grouping
靶向验证
双荧光素酶报告基因质粒构建和转染;RIP和RNA pull down实验条件。
阅读提示:Materials and Methods - Dual Luciferase Reporter Gene Assay, RIP, RNA Pull Down
分子检测
抗体信息(品牌、货号、稀释比例);引物序列;RT-qPCR和Western blot操作流程。
阅读提示:Materials and Methods - Quantitative Reverse Transcription-polymerase Chain Reaction, Western Blot, Table 1
组织学检测
组织固定、包埋、切片厚度;HE、Annona Red O/Fast Green染色步骤;免疫组化抗体及稀释度。
阅读提示:Materials and Methods - Hematoxylin and Eosin (HE) and Annona Red O/Fast Green Staining, Immunohistochemistry