骨髓间充质干细胞来源外泌体中的LncRNA XIST通过miR-655/ACLY信号促进骨肉瘤的生长和转移

LncRNA XIST from the bone marrow mesenchymal stem cell derived exosome promotes osteosarcoma growth and metastasis through miR-655/ACLY signal.

作者信息Guanghui Zhu, Yu Xia, Ziyue Zhao, Aoyu Li, Hui Li, Tao Xiao
PMID36309693
发布时间2022-10-29
DOI10.1186/s12935-022-02746-0

实验完整度

包含体外细胞功能实验(CCK-8、EdU、Transwell)、机制验证(RNA pulldown、双荧光素酶报告基因)和原位动物模型,并通过回复实验和下游蛋白检测确认机制通路。

主要模型

人骨肉瘤细胞系MG63和143B 原位骨肉瘤小鼠模型(143B/LUC细胞胫骨骨髓腔注射) 人骨髓间充质干细胞(BMSCs)

重点核对

BMSCs来源外泌体的分离与鉴定(透射电镜、Western blot标记物) XIST siRNA敲低效率及外泌体中XIST水平 miR-655 agomir/antagomir处理及回复实验 原位骨肉瘤模型分组(Ctrl, ExosiNC, ExosiXIST, ExosiXIST+Anti-NC, ExosiXIST+Anti-miR-655) ACLY抑制剂SB204990处理及β-catenin核转位检测

摘要

背景:长链非编码RNA X-失活特异性转录本(XIST)调控包括骨肉瘤在内的多种肿瘤的进展。骨髓间充质干细胞(BMSCs)可被招募到骨肉瘤组织中,并通过分泌外泌体影响其进展。然而,BMSCs来源的外泌体是否传递XIST以调控骨肉瘤的生长和转移及其相关机制尚不清楚。方法:本研究使用BMSCs来源的外泌体处理人骨肉瘤细胞MG63和143B,并通过siRNA干预BMSCs中XIST的水平。采用CCK-8、EdU、Transwell实验分析细胞增殖、迁移和侵袭的变化。生物信息学分析、RNA pulldown和双荧光素酶报告基因实验验证了XIST与miR-655的靶向关系以及miR-655与ACLY 3'-UTR的相互作用。使用143B/LUC细胞系建立原位骨肉瘤动物模型,以验证XIST对骨肉瘤的作用。油红O染色、Western blot等用于检测脂质沉积和蛋白表达的变化。结果:发现BMSCs来源的外泌体促进骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭,而XIST的下调抑制了这种作用。miR-655介导了BMSCs来源的外泌体XIST促进骨肉瘤进展的作用,且下调miR-655可逆转抑制XIST对骨肉瘤细胞增殖、迁移和侵袭的影响。同时,动物水平的结果证实BMSCs来源的外泌体XIST可通过结合miR-655促进骨肉瘤的生长和肺转移。深入的机制研究表明,BMSCs来源的外泌体XIST与miR-655结合,增加ACLY蛋白水平,导致脂质沉积并激活β-catenin信号,从而促进骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭。结论:本研究表明BMSCs来源的外泌体XIST可进入骨肉瘤细胞,结合并下调miR-655的水平,导致ACLY水平升高,从而增加脂质沉积和β-catenin信号活性,促进骨肉瘤的生长和转移。

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
BMSCs来源的外泌体是否通过传递XIST调控骨肉瘤的生长和转移,其机制是什么?
核心机制
BMSCs来源的外泌体XIST进入骨肉瘤细胞后,通过ceRNA机制结合并下调miR-655,从而解除miR-655对ACLY的抑制作用,上调ACLY蛋白水平,促进脂质合成和β-catenin信号活性,进而促进骨肉瘤的增殖、迁移和侵袭。
主要证据
体外实验显示外泌体XIST促进骨肉瘤细胞增殖、迁移和侵袭,XIST敲低抑制此作用;双荧光素酶报告基因验证XIST与miR-655及miR-655与ACLY 3'-UTR的直接结合;体内实验显示外泌体XIST促进原位肿瘤生长和肺转移,且下调miR-655或抑制ACLY可逆转这些效应。
研究意义
该研究揭示BMSCs来源外泌体XIST作为促癌因子通过miR-655/ACLY轴促进骨肉瘤进展,为骨肉瘤治疗提供了潜在的新靶点,并为后续临床样本中血清外泌体XIST作为生物标志物的研究奠定基础。

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

BMSCs分离培养与鉴定

验证所培养的BMSCs具有间充质干细胞特性。

培养人BMSCs,通过流式细胞术检测表面标志物(CD29、CD90、CD45),并通过ALP染色、茜素红染色和油红O染色评估成骨和成脂分化能力。

2

外泌体分离鉴定及细胞摄取

获得并验证BMSCs来源的外泌体,并确认骨肉瘤细胞能否摄取这些外泌体。

通过超速离心法从BMSCs培养上清中分离外泌体,用透射电镜观察形态和大小,Western blot检测外泌体标志物CD9、CD63、CD81及阴性对照Calnexin。用PKH26标记外泌体并与MG63和143B细胞共培养,激光共聚焦显微镜观察摄取情况。

3

XIST表达与功能验证

验证BMSCs外泌体XIST对骨肉瘤细胞增殖、迁移和侵袭的影响,并确定其依赖性。

用siRNA敲低BMSCs中XIST,收集外泌体处理骨肉瘤细胞,检测细胞内XIST水平,并通过CCK-8、EdU、Transwell实验评估细胞活力、DNA复制、迁移和侵袭能力。

4

XIST/miR-655靶向关系验证

验证XIST与miR-655的直接结合及其相互调控。

通过RNA pulldown、双荧光素酶报告基因实验验证XIST与miR-655的结合,并通过qRT-PCR检测外泌体处理及XIST敲低对miR-655水平的影响。

5

miR-655回复实验

验证BMSCs外泌体XIST促进骨肉瘤细胞恶性表型是否依赖于miR-655的下调。

在XIST敲低的基础上,用miR-655 antagomir抑制miR-655,检测细胞功能变化是否恢复。

6

体内原位骨肉瘤模型验证

在动物水平验证BMSCs外泌体XIST与miR-655结合促进骨肉瘤生长和肺转移。

将143B/LUC细胞注射入BALB/c裸鼠胫骨骨髓腔建立原位模型,分组后给予外泌体和anti-miR-655处理,通过活体成像监测肿瘤生长和转移,并进行Ki67免疫组化和H&E染色。

7

下游机制:miR-655靶基因ACLY验证

确认miR-655直接靶向ACLY,并验证外泌体XIST/miR-655轴调控ACLY表达。

通过Starbase3.0预测miR-655靶基因,双荧光素酶报告基因验证miR-655与ACLY 3'UTR结合,Western blot检测不同处理组ACLY蛋白水平。

8

脂质合成与β-catenin信号通路验证

验证BMSCs外泌体XIST/miR-655/ACLY轴对脂质沉积和β-catenin信号活性的影响。

通过油红O染色、甘油三酯和总胆固醇检测评估脂质水平,通过Western blot检测β-catenin在总蛋白、胞质和核蛋白中的水平,并在细胞和动物水平验证。

9

ACLY抑制功能回复实验

验证ACLY是外泌体XIST/miR-655轴促进骨肉瘤恶性表型的关键下游分子。

在miR-655抑制的基础上,敲低ACLY或使用ACLY抑制剂SB204990,检测细胞增殖、迁移和侵袭能力的改变。

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/F12培养基ProcellPM150310
MEM培养基ProcellPM150410
胎牛血清Procell164210-500
去外泌体胎牛血清SBIEXO-FBS-50A-1
CD29抗体Invitrogen11-0299-42
CD45抗体Invitrogen11-0459-42
CD90抗体Invitrogen11-0909-42
碱性磷酸酶试剂盒Changchun HuiliC003-b
成骨诱导培养基ProcellPD-007
茜素红Sigma-Aldrich--
成脂分化培养基ProcellPD-019
油红OServicebioG1015
PKH26红色荧光细胞连接迷你试剂盒SigmaMINI26
Trizol试剂Invitrogen--
外泌体RNA提取试剂盒Norgen BioTekNGB-58000
SYBR Green qPCR Supermix----
RIPA裂解液BeyotimeP0027
NE-PER核浆蛋白提取试剂Thermo Scientific78833
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0012S
PVDF膜Millipore--
GAPDH抗体Abcamab8245
Lamin B1抗体Abcamab16048
β-catenin抗体Abcamab32572
CD9抗体Abcamab263019
CD63抗体Abcamab134045
CD81抗体Abcamab79559
Calnexin抗体CST2679
ACLY抗体Abcamab40793
HRP标记二抗Wuhan BosterBA1051/BA1054
Lipofectamine 3000转染试剂Invitrogen--
CCK-8试剂盒MCEHY-K0301
RNA Pull-Down试剂盒Thermo Fisher Scientific--
大规模RNA生产系统Promega--
生物素RNA标记混合物Roche--
双荧光素酶报告基因分析系统PromegaE1910
甘油三酯检测试剂盒Biovision--
胆固醇检测试剂盒Biovision--
D-荧光素----
Ki67抗体Abcamab15580

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
BMSCs培养与鉴定
BMSCs的代数(P3-P5),培养条件(DMEM/F12+10%FBS),表面标志物表达(CD29、CD90阳性,CD45阴性)
阅读提示:详见Materials and methods中'Cell culture'和'Characterization of BMSCs'部分
外泌体分离与鉴定
超速离心步骤(300g,2000g,10000g,120000g,140000g),外泌体标志物(CD9, CD63, CD81),阴性对照Calnexin
阅读提示:见'Isolation and characterization of exosomes'部分
细胞功能实验
细胞系MG63和143B,外泌体处理浓度与时间,CCK-8检测时间,EdU浓度与孵育时间,Transwell小室基质胶包被
阅读提示:见'CCK-8'、'EdU'、'Cell migration and invasion'部分及图2图例
XIST敲低与回复实验
siRNA序列(siXIST#1/#2/#3),转染试剂Lipofectamine 3000,外泌体中XIST敲低效果验证,miR-655 antagomir浓度
阅读提示:见'Cell transfection'部分及Additional file 1: Fig. S2
靶向关系验证
RNA pulldown中使用的生物素标记XIST转录本,双荧光素酶报告基因载体构建(XIST/ACLY 3'UTR野生型及突变型)
阅读提示:见'RNA pulldown'和'Dual luciferase reporter assay'部分
动物模型
小鼠品系、周龄、性别,细胞注射数量与部位(胫骨骨髓腔),分组及给药方案(外泌体1mg/kg,每3天一次共6次;anti-miR-655 80mg/kg连续3天)
阅读提示:见'Animal model construction and treatment'部分
脂质和β-catenin检测
油红O染色步骤,TG/TC检测试剂盒,β-catenin总/核蛋白提取及Western blot内参选择
阅读提示:见'Oil Red O staining'、'Triglyceride and total cholesterol'和'Western blot'部分