基于原子力显微镜研究膀胱癌细胞上皮-间质转化

Epithelial-mesenchymal transition (EMT) plays an important role in tumor invasion and migration. It is very relevant to tumor progression and prognosis. However, the molecular mechanism of EMT is complex and still not clear. It is necessary to further reveal its mechanism and to develop new methods for the prevention and treatment of malignant tumors. In this project, bladder cancer cells will be studied due to the higher incidence in clinical practice. Atomic force microscopy will be applied to investigate the nanostructure and mechanical properties of bladder cancer cell at a single cell level during EMT. The interaction between EMT cell surface markers and their ligands will be investigated by single molecule force spectroscopy. Base on the specific binding between EMT cell surface markers and their ligands, nanoscale high resolution molecular recognition images of EMT cell surface markers on the bladder cancer cell surface will be obtained. Changes of distribution of EMT cell surface markers on bladder cancer cell will be explored during EMT. We will investigate the effect of these changes on EMT at single cell and molecule level. Our results will be useful for diagnosis and treatment of bladder cancer. Atomic force microscopy will be a powerful tools for studying EMT. Our studies will be conducive to elucidate the molecular mechanism of EMT and relationship between EMT and the invasion and metastasis of bladder cancer cells.

上皮-间质转化（EMT）是肿瘤细胞获得迁移和侵袭能力的关键步骤，但EMT发生的分子机制目前尚未研究彻底，需进一步揭示其分子机制，阻断肿瘤转移。本项目以临床上发病率高的膀胱癌为研究对象，用原子力显微镜在单细胞水平上研究膀胱癌细胞在EMT过程中细胞微细结构和细胞力学性质的动态变化机制；并应用单分子识别力谱和识别成像技术在单分子水平上研究在EMT过程中EMT细胞表面标志物与其配体的相互作用动力学过程以及EMT细胞表面标志物在细胞表面分布的变化规律。在单分子、单细胞水平上深入探索这些变化在膀胱癌细胞EMT发生发展中的作用机制，以及这些变化对膀胱癌细胞发生转移和侵袭的影响。为膀胱癌转移早期的诊断和预后的评估提供重要依据，并为膀胱癌诊疗开辟新思路。拓展原子力显微镜在膀胱癌细胞EMT研究中的应用，对于阐明膀胱癌细胞EMT的分子机制及EMT与膀胱癌侵袭转移间的关系具有重要意义。

上皮-间质转化（EMT）是肿瘤细胞获得迁移和侵袭能力的关键步骤，与肿瘤的进展和预后密切相关。本项目应用原子力显微镜在单细胞、单分子水平上对膀胱癌细胞的EMT过程进行了深入研究。研究发现膀胱癌细胞在EMT过程中形貌、表面超微结构、力学性质等会发生显著变化：随着EMT的发生，膀胱癌细胞的形貌逐渐转变为更加平滑、细长的梭形表型，并且出现更加有序，纤长的，排布紧凑的纤维结构；细胞核区与核区周围区域的杨氏模量增大，其中核区周围区域的增大更为明显。通过进一步研究显示，与正常膀胱上皮细胞相比，膀胱癌细胞具有部分间质特征，且TGF-β1可以诱导膀胱癌细胞持续发生EMT；在EMT过程中细胞骨架的重排和F-肌动蛋白的形成导致了细胞形貌和力学性能的变化。本项目应用单分子力谱技术研究了不同配体与膀胱癌细胞表面EMT相关的标志物蛋白之间的相互作用特点，EBA/E钙黏蛋白复合物的解离力可以与天然的E钙黏蛋白/E钙黏蛋白二聚体的解离力相比。同时，比较了不同功能化的探针在膀胱癌细胞表面的识别成像能力，发现E钙粘蛋白功能化的探针和特异性核酸适配体功能化的探针均具有对膀胱癌细胞表面E钙粘蛋白进行识别成像的能力，显示了核酸适配体功能化探针在识别成像方面的应用潜力。利用识别成像技术发现膀胱癌细胞表面仍然微量表达E钙黏蛋白，且在EMT过程中E钙粘蛋白在细胞表面表达持续下调的现象。本项目为膀胱癌转移早期的诊断和预后的评估提供重要依据，并为膀胱癌诊疗开辟新思路，拓展了原子力显微镜在膀胱癌细胞EMT研究中的应用，使人们对EMT发生的分子机制的理解越来越深入。