כאן, אנו מציגים פרוטוקול לבחינת האופן שבו lncPVT1 מווסת את יציבות HIF-1α וביטוי גנים גליקוליטיים בתאי סרטן בלוטת התריס, ומאפשר לחקור ויסות מטבולי ומטרות טיפוליות פוטנציאליות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר מחקר
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לבחינת האופן שבו lncPVT1 מווסת את יציבות HIF-1α וביטוי גנים גליקוליטיים בתאי סרטן בלוטת התריס, ומאפשר לחקור ויסות מטבולי ומטרות טיפוליות פוטנציאליות.
כסרטן המערכת האנדוקרינית הראשון, קרצינומה של בלוטת התריס מציגה מגמה אפידמיולוגית מואצת בין אוכלוסיות. למרות ההתקדמות בשיטות הטיפול, הישנות וגרורות נותרו אתגרים. ה-RNA PVT1 הארוך שאינו מקודד (lncPVT1) התגלה כמווסת אונקוגני משומר בסוגי סרטן מרובים, אך תפקידו הספציפי ב-TC דורש חקירה נוספת. המחקר שלנו התמקד בבחינת האופן שבו lncPVT1 משפיע על גליקוליזה בתנאים נורמוקסיים והיפוקסיים כאחד באמצעות קווי תאי TC TPC-1 ו-K1. ביטוי יתר של lncPVT1 שיפר משמעותית את צריכת הגלוקוז ואת ייצור הלקטט תחת היפוקסיה, ואישש את יכולתו להגדיל את הגליקוליזה. יתר על כן, lncPVT1 ויסות גנים גליקוליטיים מרכזיים כגון GLUT1, HK1, HK2 ו-PGK1, והקל על התפשטות תאי TC. מבחינה מכנית, lncPVT1 ייצב את גורם השראת היפוקסיה 1α (HIF-1α) על ידי עיכוב פירוקו והובלת הצטברותו. זה הצטבר HIF-1α לאחר מכן לרצפים רגולטוריים ספציפיים השולטים בביטוי הגנים המעורבים בגליקוליזה, ובסופו של דבר מפעילים גנים אלה ומגבירים את הפעילות הגליקוליטית. הממצאים שלנו מראים כי lncPVT1 מווסת את יציבות HIF-1α וביטוי גנים גליקוליטיים, מקדם את ההבנה שלנו לגבי חילוף החומרים של TC ועשוי לחשוף מטרות טיפוליות חדשות.
סרטן בלוטת התריס (TC), ממאירות אנדוקרינית שכיחה מאוד, חווה עלייה מהירה בשיעורי ההיארעות1. למרות ההתקדמות באסטרטגיות טיפוליות, כולל פרוצדורות כירורגיות, טיפול בקרינה וטיפול בדיכוי הורמונלי של בלוטת התריס, חלק ניכר מחולי TC עדיין מתמודדים עם הסיכון להישנות הגידול וגרורות, מה שמדגיש את הצורך בהבנה מעמיקה יותר של הפתוגנזה המולקולרית שלו 2,3. התפתחות TC קשורה למספר גורמי סיכון מבוססים, כולל חשיפה לקרינה מייננת, מגע עם חומרים מסרטנים כימיים, שימוש בטבק והשמנת יתר; עם זאת, המנגנונים הבסיסיים המורכבים נותרו חמקמקים4. בהתחשב בהבנה המוגבלת של המנגנונים המולקולריים של TC, תשומת לב הולכת וגוברת הוקדשה ל-RNA שאינם מקודדים, במיוחד lncRNAs, בשל תפקידיהם הרגולטוריים בסרטן.
ראיות מתפתחות מבססות lncRNAs כמווסתים מרכזיים של תהליכים ביולוגיים רב-פנים, במיוחד בהתפתחות גידולים, באמצעות מנגנונים כגון שחבור חלופי, ויסות שעתוק ומיקרו-RNA (miRNA) ספוג 5,6,7. טרנסלוקציה 1 של וריאנט פלסמציטומה (PVT1) ממוקמת במורד הזרם של כרומוזום 8q24.21 והאונקוגן C-myc8. בין אלה, lncPVT1, lncRNA הממוקם במורד הזרם של האונקוגן C-myc בכרומוזום 8q24.21, זכה לתשומת לב משמעותית בשל תפקידיו האונקוגניים במספר ממאירויות, כולל סרטן כבד9 וקרצינומה של תאי כליה10. עם זאת, ההשלכות התפקודיות של lncPVT1 ב-TC נותרו ברובן לא נחקרו.
תאים סרטניים עוברים תכנות מחדש מטבולי, מאפיין מרכזי של גידול, שבו הם מציגים פעילות גליקוליטית מוגברת יחד עם זרחון חמצוני מופחת, כלומר אפקט ורבורג11. היפוקסיה, תכונה מיקרו-סביבתית נפוצה בגידולים מוצקים, משפיעה עמוקות על התנהגות הגידול, מקדמת גליקוליזה ואגרסיביות, ומעניקה פרוגנוזה גרועה12. גורם 1 המעורר היפוקסיה (HIF-1), גורם מפתח המווסת את תגובת התא לרמות חמצן נמוכות, מתזמר שפע של שינויים אדפטיביים התומכים בהישרדות הגידול והתקדמותו13. מחקרים קודמים הראו כי lncPVT1 מווסת גליקוליזה בגידולים ממאירים מרובים, כולל סרטן השד14, אדנוקרצינומה של צינור הלבלב15 ואוסטאוסרקומה16. בנוסף, הוכח כי lncPVT1 משפר את התפשטות התאים על ידי ייצוב HIF-1α בקרצינומה של הלוע17. עם זאת, המתאם בין ביטוי lncPVT1 לפרמטרים קליניים לא דווח בסרטן. בנוסף, התפקוד והמנגנונים הספציפיים או ההשלכות הקליניות הייחודיות של lncPVT1 נותרו לא ברורים ב-TC. לכן, מטרת מחקר זה הייתה לחקור כיצד lncPVT1 משפיע על חילוף החומרים של גלוקוז בשורות תאי TC TPC-1 ו-K1 שנחשפו לנורמוקסיה והיפוקסיה. בחנו את ההשפעה של ביטוי יתר של lncPVT1 על צריכת גלוקוז, ייצור לקטט והתפשטות תאים. פענחנו עוד יותר את מנגנוני הייצוב של HIF-1α הנשלטים על ידי lncPVT1 ואת השפעותיהם הנובעות מכך על תכנות שעתוק הקשור לגליקוליזה. מחקר מקיף זה מציע נקודות מבט חדשות על האופן שבו lncPVT1 תורם לגידול, במיוחד בהקשר של תכנות מחדש מטבולי והסתגלות היפוקסית.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תרבית תאים וטרנספקציה
קווי התאים של קרצינומה של בלוטת התריס (TC) האנושיים TPC-1 ו-K1 תורבו במדיום הנשר המותאם (DMEM) של Dulbecco המכיל 4.5 גרם/ליטר גלוקוז, בתוספת 10% סרום בקר עוברי ו-100 מיקרוגרם/מ"ל פניצילין-סטרפטומיצין. התאים נשמרו בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס באינקובטור לח עם 5% CO2. לטיפול בהיפוקסיה, 1 x 105 תאים הועברו לתא היפוקסי אטום מאוזן עם 1% O2, 5% CO2 ו-94% N2 ב-37 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות, אלא אם צוין אחרת. ביטוי יתר יציב של lncPVT1 (lncPVT1 OE) והבקרה השלילית המתאימה (NC) נוצרו בתאי TPC-1 ו-K1 באמצעות מערכת ביטוי לנטי-ויראלי, בהתאם להוראות היצרן.
הערכת רמות הגלוקוז
כדי להעריך את צריכת הגלוקוז, שורות תאי קרצינומה של בלוטת התריס תורבבו בתנאים נורמוקסיים (21% O2) ותנאים היפוקסיים (1% O2) למשך 24 שעות. ריכוזי הגלוקוז במדיום התרבית נמדדו באמצעות ערכת בדיקת גלוקוז על פי פרוטוקול היצרן. בקצרה, 2 מיקרוליטר של מדיום מותנה עורבב עם מגיב עובד גלוקוז טרי והודגר ב-37 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות. הספיגה נמדדה ב-530 ננומטר באמצעות קורא מיקרו-פלטות כדי לכמת את רמות הגלוקוז.
הערכת רמות לקטט
קווי תאי קרצינומה של בלוטת התריס TPC-1 ו-K1 (2 x 104 תאים לבאר) תורבו בתנאים נורמוקסיים (21% O2, 5% CO2, 37 °C) ובתנאים היפוקסיים (1% O2, 5% CO2, 37 °C) למשך 24 שעות. לאחר הדגירה, צלחות התרבית צנטריפוגות ב-300 x גרם למשך 5 דקות בטמפרטורת החדר כדי לגלול תאי גלולה ופסולת. לאחר מכן, 2 מיקרוליטר של הסופרנטנט המובהר נאספו מכל באר ועורבבו עם 200 מיקרוליטר של מגיב בדיקת לקטט בצלחת של 96 בארות. תערובת התגובה הודגרה ב-37 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות, ולאחר מכן נוספה תמיסת עצירה כדי לסיים את התגובה. הספיגה נמדדה ב-530 ננומטר באמצעות קורא מיקרו-פלטות. ריכוזי הלקטט נקבעו על ידי השוואת ערכי הספיגה לעקומה סטנדרטית שנוצרה מתקני לקטט ידועים (בדרך כלל נעים בין 0 ל-20 ננומול). כל המדידות בוצעו בשלוש עותקים.
בדיקת התפשטות תאים
תאי קרצינומה של בלוטת התריס נזרעו לתוך צלחות של 96 בארות בצפיפות של 3 x 103 תאים לבאר ב-100 מיקרוליטר של מדיום תרבית. לאחר מכן התאים הודגרו בתנאים נורמוקסיים (21% O2, 5% CO2, 37 °C) או היפוקסיים (1% O2, 5% CO2, 37 °C) למשך 0 שעות, 24 שעות או 48 שעות. בכל נקודת זמן, 10 מיקרוליטר של מגיב התפשטות תאים נוספו לכל באר של צלחת של 96 בארות. לאחר מכן הודגרה הצלחת בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך 40 דקות. לאחר הדגירה, הצפיפות האופטית ב-450 ננומטר (OD450) נמדדה באמצעות קורא מיקרו-פלטות כדי לכמת את התפשטות התאים. כל המדידות בוצעו בשלושה שכפולים טכניים לפחות.
ניתוח qRT-PCR
סה"כ RNA הופק מ-1 x 106 תאי קרצינומה של בלוטת התריס בתנאים נורמוקסיים (21% O2, 5% CO2, 37 °C) ותנאים היפוקסיים (1% O2, 5% CO2, 37 °C) באמצעות מגיב מיצוי גואנידיניום תיוציאנט-פנול-כלורופורם בהתאם לפרוטוקול היצרן. טוהר וריכוז ה-RNA הוערכו באופן ספקטרופוטומטרי על ידי מדידת יחסי ספיגה ב-260/280 ננומטר. עבור סינתזת DNA משלימה (cDNA), 500 ננוגרם של RNA כולל תומלל הפוך בנפח תגובה של 20 מיקרוליטר המכיל טרנסקריפטאז הפוך, פריימרים הקסמרים אקראיים, dNTPs, מעכב RNase ומאגר תגובה. השעתוק ההפוך בוצע ב-25 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות, ולאחר מכן 42 מעלות צלזיוס למשך 50 דקות, והסתיים בחימום ב-70 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות.
PCR כמותי בוצע באמצעות מערכת זיהוי מבוססת SYBR Green בנפח תגובה כולל של 20 מיקרוליטר המכילה תבנית cDNA (דילול של 1:5 עד 1:20 של סינתזת ה-cDNA המקורית), תערובת מאסטר SYBR Green PCR, פריימרים קדימה ואחורה (כל אחד ב-0.2 מיקרומטר) ומים נטולי נוקלאז. הגברת PCR בוצעה על תרמו-סייקלר בתנאי הרכיבה הבאים: דנטורציה ראשונית ב-95 מעלות צלזיוס למשך 3 דקות; 40 מחזורי דנטורציה ב-95 מעלות צלזיוס למשך 15 שניות, חישול ב-60 מעלות צלזיוס למשך 30 שניות, והארכה ב-72 מעלות צלזיוס למשך 30 שניות; ואחריו ניתוח עקומת התכה כדי לאמת את הספציפיות של ההגברה.
רצפי פריימר עבור GLUT1, HK1, HK2, PGK1 ו-GAPDH (טבלה 1) תוכננו על סמך רצפים18 שפורסמו וסינתזו באופן מסחרי. רמות הביטוי של גני המטרה נורמלו ל-GAPDH וחושבו בשיטת 2-ΔΔCt 19.
כתם מערבי
לאחר הטיפול, תאי קרצינומה של בלוטת התריס נשטפו פעמיים עם מי מלח קרים עם פוספט (PBS) ועברו ליזה באמצעות מאגר בדיקת רדיו-אימונומשקעים (RIPA) בתוספת קוקטייל מעכב פרוטאז. ליזאטים של תאים הודגרו על קרח למשך 30 דקות עם ערבוב לסירוגין ולאחר מכן צנטריפוגה ב-12,000 x גרם למשך 15 דקות ב-4 מעלות צלזיוס כדי להסיר פסולת בלתי מסיסה. ריכוז החלבון של הסופרנטנט נקבע באמצעות בדיקת חומצה ביסינכונית (BCA) בהתאם להוראות היצרן. כמויות שוות של חלבון (30 מיקרוגרם לדגימה) עורבבו עם מאגר טעינה פי 5, הורתחו ב-95 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות, והועמסו על ג'ל SDS-פוליאקרילאמיד 10% להפרדה אלקטרופורטית. חלבונים הופרדו על ידי אלקטרופורזה ב-120 וולט למשך כ-90 דקות ולאחר מכן הועברו לממברנות פלואוריד פוליווינילידן (PVDF) באמצעות מערכת העברה רטובה ב-100 וולט למשך 90 דקות ב-4 מעלות צלזיוס. הממברנות נחסמו עם 5% חלב נטול שומן בתמיסת מלח Tris-buffered המכילה 0.1% Tween-20 (TBST) למשך שעה אחת בטמפרטורת החדר כדי למנוע קשירה לא ספציפית. לאחר מכן, הממברנות הודגרו במהלך הלילה בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס עם נוגדנים ראשוניים מדוללים במאגר חוסם: נוגדן נגד HIF-1α (1:3,000) ונוגדנים נגד בטא-אקטין (1:8,000). לאחר שטיפה 3 פעמים עם TBST (כל אחד למשך 10 דקות), הממברנות הודגרו עם נוגדנים משניים מתאימים מצומדים לחזרת פרוקסידאז מדוללים 1:5,000 במאגר חוסם למשך שעה אחת בטמפרטורת החדר. לאחר שלוש שטיפות נוספות של TBST, רצועות החלבון הודגמו באמצעות מערכת זיהוי כימילומינסנציה משופרת (ECL) וצולמו עם מערכת תיעוד ג'ל.
בדיקת לוציפראז כפולה
כדי לחקור את ויסות השעתוק של גנים הקשורים לגליקוליזה על ידי lncPVT1, תאי TPC-1 נזרעו בצלחות של 24 בארות בצפיפות של 1 x 105 תאים לבאר ותרבית ב-DMEM המכיל 4.5 גרם/ליטר גלוקוז, בתוספת 10% סרום בקר עוברי ו-100 מיקרוגרם/מ"ל פניצילין-סטרפטומיצין בן לילה. התאים הועברו במשותף עם 500 ננוגרם של פלסמיד מדווח לוציפראז מונע על ידי אלמנט תגובת היפוקסיה (HRE) ו-50 ננוגרם של פלסמיד בקרת רנילה לוציפראז באמצעות מגיב טרנספקציה מבוסס ליפידים בריכוז סופי של 2 מיקרוליטר לבאר, על פי הוראות היצרן. יעילות הטרנספקציה אושרה על ידי הכללת טרנספקציה מקבילה עם פלסמיד המבטא GFP והערכת ביטוי GFP תחת מיקרוסקופ פלואורסצנטי 24 שעות לאחר הטרנספקציה. לאחר דגירה של 24 שעות בתנאים נורמוקסיים (21% O2) או היפוקסיים (1% O2), נמדדו פעילויות לוציפראז באמצעות מערכת בדיקת מדווח לוציפראז כפולה. פעילות לוציפראז גחלילית נורמלה לפעילות לוציפראז רנילה, והיחס שימש לניתוח השוואתי בין דגימות.
ניתוח נתונים
כל הנתונים הוצגו כממוצע ± SD. הערכות סטטיסטיות בוצעו בתוכנת ניתוח סטטיסטי. השוואות בין הקבוצות נערכו באמצעות מבחני t בלתי תלויים, ומובהקות סטטיסטית נקבעה על סמך סף ערך p של פחות מ-0.05.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גליקוליזה משופרת בשורות תאי TC בתיווך lncPVT1
בתחילה הקמנו lncPVT1 OE ו-NC בתאי TPC-1 ו-K1 באמצעות מערכת ביטוי לנטי-ויראלי. ביטוי יתר מוצלח של lncPVT1 אושר על ידי qRT-PCR (איור 1A-B). כדי להעריך את ההשפעה על הגליקוליזה, תאים תורבבו תחת נורמוקסיה והיפוקסיה למשך 24 שעות. הממצאים שלנו הצביעו על כך שהיפוקסיה שיפרה באופן משמעותי את צריכת הגלוקוז וייצור הלקטט של תאי TPC-1...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כממאירות האנדוקרינית הנפוצה ביותר, TC מציב אתגרים משמעותיים מבחינת הישנותה וגרורות22. הנוף המכניסטי של סרטן בלוטת התריס נותר לא מוגדר לחלוטין, במיוחד בכל הנוגע לוויסות בתיווך lncRNA של תכנות מחדש מטבולי אונקוגני והתנהגויות תאיות בסיסיות23 . במחקר זה התמקדנו ב-lncPVT1 האונקוגני ובהשפעתו על גליקוליזה ויציבות HIF-1α בתאי TC.
אפקט ורבורג מייצג חתימה מטבולית בסיסית בממאירות, במיוחד בתנאים היפוקסיים, המאופיינת בדרך כלל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים אינם טוענים לניגודי אינטרסים, בין אם כספיים או לא פיננסיים.
מימון המחקר ניתן באמצעות פרויקט תוכנית המדע והטכנולוגיה של פוג'יאן (2022J01784).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| ערכת בדיקת חלבון BCA | מיילונביו | MA0082-2 | בדיקת כימות חלבון WB |
| ארון בטיחות ביולוגית | לישן | HFsafe-1200LC | מעבר תאים והתרחבות |
| צנטריפוגה | באיאנג | B320א | תאי צנטריפוגה |
| מערכת הדמיה כימילומינסנציה | BIO-RAD (ארה"ב) | ChemiDoc Touch | פיתוח WB |
| חממת CO2 | תרמו (ארה"ב) | 311 | תרבית תאים |
| ערכת זיהוי כימילומינסנציה ECL | מיילונביו | MA0186-1 | פיתוח WB |
| ציטומטר זרימה | ב.ד. | FACSCalbur | בדיקת אפופטוזיס ציטומטריית זרימה |
| מיקרוסקופ הפוך פלואורסצנטי | NIKON (יפן) | TS2-FL | תצפית תאים |
| מכשיר PCR כמותי פלואורסצנטי | ABI (ארה"ב) | 7300 | ניסוי PCR |
| GAPDH | חלבון טק | 60004-1-IG | נוגדן ייחוס פנימי WB |
| ערכת בדיקת גלוקוז | ג'יאנצ'נג | א154-1-1 | בדיקה ביוכימית |
| HIF1A | באסטר | א00013 | נוגדן WB |
| Affinipure Goat Anti-Mouse IgG מצומד HRP (H+L) | חלבון טק | SA00001-1 | ניסוי אימונוהיסטוכימיה (IHC) |
| Affinipure Goat Anti-Rabbit מצומד HRP IgG (H+L) | חלבון טק | SA00001-2 | ניסוי אימונוהיסטוכימיה (IHC) |
| שורת תאים K1 | בנק תאים של האקדמיה הסינית למדעים (שנחאי, סין) | נה | קו תאי קרצינומה פפילרית של בלוטת התריס האנושית |
| ערכת בדיקת חומצה לקטית | ג'יאנצ'נג | א019-2-1 | בדיקה ביוכימית |
| קורא מיקרופלייט | תרמו (ארה"ב) | K3 | זיהוי ELISA |
| PAGE ג'ל ערכת הכנה מהירה במיוחד (15%) | מיילונביו | MA0384 | אלקטרופורזה של WB |
| מכשיר PCR | BIO-RAD (ארה"ב) | PTC100 | ניסוי PCR |
| סמן חלבון קשת צבוע מראש | מיילונביו | MA0342 | אלקטרופורזה של WB |
| מערכת אלקטרופורזה אנכית של חלבון | BIO-RAD (ארה"ב) | פאוור פאק 200 | אלקטרופורזה של WB |
| מאגר טעינת חלבון SDS-PAGE (פי 5) | ביוטיים | P0015L | אלקטרופורזה של WB |
| נתרן דודציל סולפט (SDS) | סיגמא | 151-21-3 | אלקטרופורזה של WB |
| קו תאים TPC-1 | בנק תאים של האקדמיה הסינית למדעים (שנחאי, סין) | נה | קו תאי קרצינומה של בלוטת התריס האנושית |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.