HBV编码的反式激活蛋白调控端粒酶活性的作用及机制研究鼠α白蛋白表达调控机制的研究

发布时间：2020-09-25 22:30

　　 第一部分HBV编码的反式激活蛋白调控端粒酶活性的作用及机 乙型肝炎病毒(Hepatitis B Virus,HBV)感染肝细胞所致急慢性肝炎及相关肝硬化、肝细胞肝癌(Hepatocellular Carcinoma,HCC)是危害全世界,尤其是我国人民身心健康的重要病因。深入阐明HBV致癌机制,必将为预防和控制肝癌的发生发展提供强有力的手段。目前HBV致癌的确切机理尚未完全清楚,但HBVDNA整合及整合后通过反式激活作用致癌的论点已成为大多数学者的共识。有研究表明在不同的HBV相关HCC组织中,端粒酶编码基因内存在HBV基因片段的整合。这些整合的HBV基因可激活人端粒酶逆转录酶(human telomerasereverse tramscriptase,hTERT),上调端粒酶活性,促进肝癌的发生。 端粒酶(telomerase)位于端粒末端,是一种特殊的核糖核蛋白逆转录酶,大多数正常体细胞不表达端粒酶活性,而在恶性肿瘤中端粒酶活性高表达。研究表明一些病毒编码的蛋白,可通过激活端粒酶来维持端粒长度,阻止细胞死亡,来促进细胞的转化与肿瘤的发生。 HBx与PreS2作为HBV基因编码的两种重要转录激活蛋白,在HBV相关肝癌中的整合率远大于其他蛋白,被认为在HBV相关肝癌的发生发展中起着非常重要的作用。而这两种HBV基因编码的重要转录激活因子,能否上调端粒酶活性,反式激活hTERT启动子促进hTERT转录,以及通过哪些元件激活hTERT启动子,目前还尚未有相关报道。因此,在前期工作的基础上,本课题在国内外率先开展了有关HBV编码反式激活蛋白调控hTERT转录水平的作用及机制研究,为进一步阐明HBV感染相关疾病的发病机制提供新的理论依据。 目的: 1.研究HBx与PreS2蛋白能否促进端粒酶逆转录酶表达,上调端粒酶活性。 2.研究HBx促进端粒酶逆转录酶基因表达的机制,筛选HBx作用于hTERT启动子上关键位点 3.筛选调控hTERT启动子的HBx关键区段 方法: 1.HBx及PreS2蛋白对端粒酶活性及hTERT基因表达的影响 1.1过表达HBx及PreS2蛋白对肝癌细胞端粒酶活性的影响 提取pcDNA3-HBx及空载体对照pcDNA3瞬时转染细胞与未转染对照组HepG2细胞总蛋白;提取稳定表达preS2的HepG2肝癌细胞总蛋白;设立293细胞为端粒酶活性阳性对照组。85℃加热10分钟,灭活293细胞蛋白中端粒酶活性,设为端粒酶活性阴性对照。TRAP法检测端粒酶活性。 1.2过表达HBx及PreS2蛋白对肝癌细胞hTERT基因mRNA水平表达的影响 半定量RT-PCR分别检测pcDNA3-HBx、pcDNA3瞬时转染及未转染HepG2细胞中hTERT mRNA的表达。 半定量RT-PCR分别检测稳定表达preS2的HepG2细胞、pcDNA3空载体对照组细胞及未转染HepG2细胞中hTERT mRNA的表达。 1.3反义封闭HBx与PreS2基因表达对hTERT基因mRNA水平的调控作用 设计合成针对HBx、PreS2的硫代反义寡核苷酸PS-asODNs/HBx、PS-asODNs/preS2及无关对照硫代寡核苷酸PS-asRandom,并以阳离子脂质体介导的方式分别瞬时转染HepG2.2.15细胞系,作用48h后,半定量RT-PCR分别检测各反义寡核苷酸作用组及空细胞对照组hTERT mRNA的表达。 2.HBx对hTERT启动子的调控作用 2.1系列缺失及突变hTERT启动子报告载体的构建 设计、合成针对hTERT启动子不同片段及突变序列的特异性引物,以pCR-TRTP为模板,PCR扩增获得hTERT启动子系列缺失及突变序列的基因。PCR反应产物经酶切定向插入报告基因载体pGL3-basic内,转化大肠杆菌感受态细胞JM109,经抗性筛选、酶切、PCR、DNA测序鉴定获得阳性重组子。 2.2 HBx对全长hTERT启动子的调控作用 将不同剂量的重组子pcDNA3-HBx与携带有hTERT启动子的报告质粒pGL3B-TRTP共转染不同细胞系,同时转染pRL-tk作为内参照。pGL3B-TRTP可在hTERT启动子的作用下表达萤火虫荧光素酶,而pRL-tk可表达海肾荧光素酶。36h后,收集并裂解细胞,测定双荧光素酶表达强度,结果进行统计学分析,以均值±标准差表示。 2.3 HBx作用于hTERT启动子关键区域的寻找 将HBx表达载体与系列缺失hTERT启动子报告载体共转染,36h后,收集并裂解细胞,测定双荧光素酶表达强度,结果进行统计学分析。 2.4 HBx作用于hTERT启动子关键位点的寻找 将HBx表达载体与系列突变hTERT启动子报告载体共转染,36h后,收集并裂解细胞,测定双荧光素酶表达量,结果进行统计学分析。 2.5 HBx转染前后对Sp1表达水平的影响 提取pcDNA-HBx及pcDNA3瞬时转染与未转染HepG2细胞的各组细胞总蛋白及总RNA,Western blot及RT-PCR检测各组细胞中Sp1,HBx和β-actin的表达水平。 3.调控hTERT启动子的最小HBx关键区域的寻找 3.1截短型HBx重组子的构建 设计、合成针对HBx不同片段基因序列的特异性引物,以pcDNA3-HBx为模板,PCR扩增获得HBx不同截短片段的基因。PCR反应产物经酶切定向克隆入双酶切的pcDNA3-HBx载体内,转化大肠杆菌感受态细胞DH5α,经抗性筛选、酶切、PCR及DNA测序鉴定获得阳性重组子。 3.2截短型HBx在细胞中的表达 系列截短型HBx重组子经脂质体包裹转染HepG2细胞系,48小时后,抽提各组细胞总蛋白与总RNA,Western blot或RT-PCR检测截短型HBx的表达情况。 3.3系列截短型HBx对端粒酶启动子的作用 将系列截短型HBx重组子与携带有hTERT启动子的报告质粒pGL3B-TRTP共转染肝癌细胞系HepG2,同时转染pRL-tk作为内参照。36h后,收集并裂解细胞,测定双荧光素酶表达强度,结果进行统计学分析。 结果 1.HBx及PreS2蛋白上调hTERT mRNA表达,促进端粒酶活性 1.1过表达HBx及PreS2蛋白上调端粒酶活性 TRAP实验显示,在各组细胞中均检测到36bp的内参条带,且条带亮度均一。这说明PCR过程中,Taq酶活性正常,上样量一致。阳性对照组293细胞出现相差6bp的DNA梯形条带,而在阴性对照组,未见梯形条带。稳定或瞬时转染有PreS2或HBx的细胞中DNA梯形条带增多,强度增强,说明HBx及PreS2蛋白过表达可上调端粒酶活性。 1.2过表达HBx及PreS2蛋白促进hTERT基因mRNA表达 半定量RT-PCR结果显示,表达有PreS2或HBx的细胞和对照组细胞相比,hTERT基因mRNA水平明显上调(P＜0.05)。 1.3反义封闭HBx与PreS2基因下调hTERT基因mRNA表达 半定量RT-PCR结果显示,反义寡核苷酸PS-asODNs/HBx、PS-asODNs/preS2能分别有效抑制HBx与PreS2基因的表达。在不影响β-actin基因片段表达的情况下,反义封闭HBx与PreS2基因均可以下调HepG2.2.15细胞中hTERT mRNA的表达。 2.HBx通过Sp1结合位点发挥激活hTERT启动子作用 2.1成功构建系列缺失与突变型hTERT启动子报告载体 PCR成功扩增系列缺失与突变型hTERT启动子基因片段,酶切、连接构建重组报告载体,并成功转化宿主菌,经抗性筛选、酶切鉴定、DNA测序分析获得阳性重组报告载体。 2.2 HBx可反式激活全长hTERT启动子 共转染及双荧光检测系统显示,重组子pCDNA3-HBx作用下的pGL3B-TRTP荧光素酶表达强度较空质粒pcDNA3作用组明显升高,约1.5倍左右(p＜0.05)。HBx对pGL3B-TRTP的激活作用具有剂量依赖性,Western-blot检测显示,随着转染pCDNA3-HBx表达载体剂量的增加,HBx蛋白表达增加,Actin表达没有明显变化,但双荧光检测系统显示荧光素酶表达强度增加。pcDNA3-HBx对pGL3B-TRTP激活作用同样可以在其他三种细胞系Bel7402,SMMC-7721,Cos-7中检测到,说明HBx可以反式激活不同细胞中的hTERT启动子。 2.3 HBx反式激活hTERT的关键区段是启动子-197～+37bp 共转染及双荧光检测系统显示,重组子pCDNA3-HBx作用下的pGL3B-TRTP,pGL3B-895,pGL3B-445,pGL3B-371,pGL3B-306,pGL3B-197报告质粒,其相对荧光素酶表达强度比pcDNA3作用下的表达强度分别增加1.45倍,1.40倍,1.46倍,1.38倍,1.58倍与1.38倍。而hTERT启动子5'端缺失到转录起始点下游37bp时,HBx诱导的荧光素酶表达强度消失。这说明HBx通过hTERT启动子-197～+37区域促进启动子转录。 2.4 HBx通过hTERT启动子上Sp1结合位点发挥激活作用 -197～+37区域内存在5个Sp1结合位点和2个C-myc结合位点。为研究Sp1及C-myc在HBx反式激活hTERT启动子中的作用,构建Sp1结合位点、C-myc结合位点突变的hTERT启动子系列突变报告质粒,并分别与HBx表达载体共转染,结果显示,当单独或联合突变C-myc结合位点时,HBx仍可以促进hTERT启动子作用下的荧光素酶表达强度,说明HBx不是通过C-myc结合位点发挥反式激活作用。当突变了Sp1结合位点2,4,5位时,HBx作用于hTERT启动子的荧光素酶表达强度减弱,与pcDNA3作用组没有明显差异(P＞0.05),说明Sp1结合位点2,4,5位在HBx反式激活hTERT启动子活性中发挥重要作用。 2.5 HBx没有改变Sp1表达水平 Western blot结果,经光密度软件分析,计算Sp1蛋白水平的相对表达强度,结果显示,pcDNA3-HBx转染组与pcDNA3转染组及未转染HepG2细胞组相比,Spl蛋白相对表达强度无显著性差异(P＞0.05)。 半定量RT-PCR结果显示,HBx转染后的HepG2细胞,Sp1 mRNA表达水平与未转染HepG2细胞相比无显著差异(P＞0.05)。 3.激活hTERT启动子的最小HBx基因片段为50-140aa 3.1成功构建系列截短型HBx表达载体 PCR成功扩增系列截短型HBx基因片段,酶切、连接构建重组表达载体,并成功转化宿主菌,经抗性筛选、酶切、PCR、DNA测序分析获得阳性重组子。 3.2系列截短型HBx可在细胞内表达 RT-PCR结果显示,转染有不同截短型HBx肝癌细胞内,可扩增出对应分子量的DNA条带,而在转染pcDNA3的HepG2细胞中没有特异性扩增产物。Western-blot结果显示,转染有不同截短型HBx肝癌细胞内,均见较强的actin蛋白表达,而系列截短型HBx仅检测到TC-2、TC-3、HBX、TCN和TN-1在肝癌细胞HepG2中的表达,未检测到TC-1与TN-2在肝癌细胞中的蛋白表达,这与TC-1、TN-2蛋白分子量较小有关。在转染pcDNA3的HepG2细胞中没有检测到HBx截短型蛋白的表达。 3.3系列截短型HBx对端粒酶启动子的作用 共转染及双荧光检测系统显示,当羧基端缺失14个氨基酸时,即TC-3,HBx仍具有反式激活hTERT启动子作用,当缺失24个氨基酸时,甚或缺失104个氨基酸时,其反式激活作用消失。当氨基端缺失50个氨基酸时,即TN-1,截短HBx仍具有反式激活hTERT启动子作用,但缺失97个氨基酸时,其作用消失。同时在构建的TCN重组载体中也验证了当缺失氨基端前50个氨基酸及羧基端14个氨基酸时,截短型HBx仍具有激活hTERT启动子作用,这说明HBx反式激活hTERT启动子的关键区段在50-140氨基酸区域内。 结论 1.通过过表达及反义封闭实验,证实HBx及PreS2蛋白均可以促进肝癌细胞中hTERT mRNA表达,上调端粒酶活性。 2.HBx在不同细胞系以剂量依赖的方式激活hTERT启动子活性。 3.HBx通过hTERT启动子-197～+37激活其转录表达。 4.HBx通过Sp1结合位点,而不是C-myc结合位点发挥激活hTERT启动子的作用。 5.研究不同的截短型HBx对hTERT启动子的作用,初步找到激活hTERT启动子的HBx关键区段在50～140aa区域内。 意义 该课题的完成不仅为HBV相关HCC机制的阐明提供了新的实验依据,为端粒酶调控研究提供新思路,并为HBV相关HCC的治疗提供新的靶点,具有良好的应用前景。 α白蛋白(a-albumin,又名afamin，简称AFM)是第四个被鉴定的白蛋白家族成员，该家族成员还包含其他三种蛋白：白蛋白(albumin，简称Alb)，甲胎蛋白(a-fetoprotein,AFP)，以及维他命D结合蛋白(Vitamin D-binding protein，DBP)。白蛋白家族成员的编码基因均位于人类第四对染色体的4q11．q22区域或小鼠第十四对染色体上，编码蛋白具有相同的框架结构，在转运血清蛋白中发挥重要的作用，主要在肝组织中表达。但这四个家族成员在肝脏的发育过程有不同的表达形式，因而白蛋白家族是研究肝脏特异性基因表达调控的重要模型。有研究表明AFP及AFM参与肝癌的发生。目前众多国内外学者已经详细研究了如何在转录水平调控Alb、AFP与DBP基因的表达，而关于如何调控AFM基因的表达，研究尚少。 该课题在前期研究的基础上，率先分析了AFM基因启动子活性调控区域，为揭示α白蛋白在肝脏发育过程的调控机制及肝癌发生机制提供新的思路。 目的： 1．分析AFM基因启动子活性区域 2．寻找并研究调控AFM基因转录的调控因子 方法： 1．AFM基因启动子报告质粒的构建与活性分析 分别用双酶切和PCR方法从载体mAFM-LacZ上获得全长与系列缺失或突变的小鼠AFM基因启动子序列，分别克隆到pGL3-basic多克隆位点，构建含有AFM启动子的报告质粒。重组子经酶切、PCR及测序鉴定。将重组子分别转染不同的细胞系Hep3B，HepG2及HEK293细胞，通过检测双荧光素酶表达强度，评估不同的报告质粒中AFM启动子活性。 2．转录因子HNFl对AFM启动子的调控作用 将不同剂量的HNFl真核表达质粒pcDNA3-HNFlQ或pcDNA3-HNFlB单独与AFM启动子报告质粒pGL3-mAFM共转染HEK293细胞，同时转染pRL-CMV作为内参照，检测双荧光素酶表达强度，结果进行统计学分析，以均值±标准差表示。 3．转录因子HNF1对突变型AFM启动子的调控作用 将0．1μg的HNF1真核表达质粒peDNA3-HNF1α或pcDNA3-HNF1β单独与不同突变型AFM启动子报告质粒共转染HEK293细胞，检测双荧光素酶表达强度，结果进行统计学分析。 4．转录因子HNF1α与HNF1β联合对AFM启动子的调控作用 将不同剂量的HNF1β表达载体pcDNA3-HNF1β与0．1μg的HNF1α表达载体pcDNA3-HNFl 0【联合与AFM启动子报告质粒pGL3-mAFM共转染HEK293细胞，检测双荧光素酶表达强度，结果进行统计学分析。 5．EMSA分析转录因子HNFI与AFM启动子相互作用研究 针对TESS软件分析得到的AFM启动子上两个HNFl结合位点site1及site2(-145及-75处)，设计合成分别携带野生型和突变型HNF1反应元件的探针，利用Hep3B与转染有pcDNA3-HNF1α或peDNA3-HNF1β质粒的HEK293细胞核提取物，EMSA分析转录因子HNFl与AFM启动子序列结合情况。 6．转录因子C／EBP对AFM启动子的调控作用 将C／EBP真核表达质粒pcDNA3-CEBPa或／和pcDNA3-CEBPp单独或联合与AFM启动子报告质粒pGL3-mAFM共转染Hep3B细胞，检测双荧光素酶表达强度。 结果： 1．成功构建AFM基因启动子报告质粒 经测序证明成功构建了小鼠系列缺失与突变AFM启动子的报告基因质粒。共转染及双荧光素酶检测系统显示，pGL3-mAFM在Hep3B与HepG2中荧光表达量分别为54．91±3．60与6．70±o．08，而在人胚肾细胞系HEK293中所构建重组子荧光素表达极低2．43±0．17，说明所构建的载体pGL3-mAFM具有特异性的AFM启动子活性。缺失型报告载体pGL3-248与pGL3．158的荧光素酶随着缺失序列的增加，表达强度略有减少，但当缺失了从-158～-138之间的序列，pGL3-138荧光素酶相对表达强度明显下降，下降约90％左右；突变载体pGL3-HNF l mtl荧光素酶表达强度同样下降90％左右。突变载体pGL3-HNF1mt2荧光素酶表达强度下降50％左右，当联合突变HNF1两个结合序列时，pGL3-HNF1mt12荧光素酶强度基本消失，说明转录起始点上游336bp序列是AFM启动子核心序列，HNF-1结合位点是维持AFM启动子活性重要元件。 2．转录因子NNF1对AFM启动子的激活作用 HNF1表达载体pcDNA3-HNF1α或pcDNA3-HNF1β单独与PGL3-mAFM报告载体共转染，随着HNF1α或HNF1β剂量的增加，AFM启动子作用下的荧光素酶表达强度逐渐增加，但HNF1β的激活作用仅为HNF1α作用的10％左右。 3．转录因子HNF1对突变型AFM启动子的激活作用 HNF1表达载体pcDNA3-HNF1α或pcDNA3-HNF1β单独作用于突变型AFM表达载体时，结果显示，当单独突变sitel或site2结合位点时，HNFla作用下的转录活性相比野生型AFM启动子组分别下降50％与40％左右；当单独突变sffel结合位点时，HNF1β作用下的突变型启动子转录活性较野生型AFM转录活性未见改变，而突变site2结合位点时，HNF1β作用下的转录活性较野生型AFM下降50％。说明HNF1α转录因子可通过Site1及site2发挥激活启动子作用，而HNF1β主要通过site2发挥激活AFM启动子作用。当同时突变sitel及site2位点时，HNF1α或HNF1β作用下的转录活性明显下降，与pGL3-basic相比，HNF1α或HNF1β对双突变pGL3-HNF1mt12仍有弱的激活作用，提示在AFM启动子区域存在其他弱的HNF1结合位点。 4．转录因子HNF1β抑制HNF1α激活AFM启动子作用 转录因子HNF1α与HNF1β表达载体与AFM启动子共转染，结果显示随着HNF1β剂量的增加，HNF1α作用下的AFM转录活性逐渐下降。 5．AFM基因启动子区HNF1反应元件与蛋白相互作用分析 EMSA结果显示，AFM启动子上两个HNF1结合位点(site1与site2)都可与核提取物中HNF1α与HNF1β蛋白形成复合物结合条带。自身非标记序列竞争探针使目的条带完全消失，以突变的Site1与Site2非标记序列竞争探针，蛋白DNA结合复合物条带不变。为了分析site1与site2与HNF1蛋白结合能力的强弱，以非标记的不同剂量的β-fibrinogen，site1与site2序列竞争β-fibrinogen标记探针，EMSA实验结果显示，上述各序列与HNF1结合能力强弱为：β-fibrinogensite1site2。 6．转录因子C/EBP不能调控AFM启动子活性 转录因子C／EBP表达载体与携带有AFM启动子的报告质粒pGL3-mAFM共转染Hep3B细胞系。双荧光素酶报告基因分析显示，peDNA3-C／EBPα或pcDNA3-C／EBPβ单独或联合转染，未改变AFM启动子作用下的荧光素酶强度。 结论： 1．软件分析及缺失报告基因分析，发现AFM基因启动子位于转录起始点上游-336bp～0处。 2．AFM启动子-145处及-75处的HNF1结合位点是AFM启动子的重要组成元件，且site1较site2在AFM启动子转录活性中发挥更重要的作用。 3．EMSA结果提示转录因子HNF1α与HNF1β可直接结合在AFM启动子上两个HNF1结合位点处，双荧光检测系统提示转录因子HNF1α与HNF1β发挥反式激活作用。 4．转录因子HNF1α与HNF1β在维持AFM启动子活性中发挥重要作用，且HNF1β可以抑制HNF1α激活AFM启动子作用。 5．转录因子C／EBP不能激活AFM启动子转录活性。 本研究深入探讨了AFM基因的表达调控机制，为阐明肝特异性基因调节机制奠定了基础，为探索肝脏发育及肝癌发生提供了新的理论依据。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：R512.62
【部分图文】：

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【引证文献】

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1 魏春山;叶下珠及其复方对HBx介导肝癌VEGFR3表达的影响[D];广州中医药大学;2012年

本文编号：2827149