黄精凝集素诱导肿瘤细胞程序性死亡相关miRNA的分析验证

Based upon the molecular mechanisms of Polygonatum cyrtonema lectin (PCL)-induced apoptosis and autophagy in cancer cells, we will target the hub proteins identified from the PCL-modulated apoptotic and autophagic signaling protein interaction networks in cancer, take advantage of microarray and bioinformatic techniques to analyze microRNAs (miRNAs) which interact with the hub proteins in the above networks and further screen for miRNAs involved in the tumor growth inhibition effects of PCL, then, experimental verification will be performed to get more detailed information about the related miRNAs. On the basis of programmed cell death (PCD) signaling protein interaction networks, we will integrate the regulatory effects of miRNAs on hub proteins and construct the "Lectin-Hub proteins of PCD in cancer-MiRNA interaction networks", which may undoubtedly improve the structures of signaling networks and extend protein-protein interaction networks to more well-organized miRNA-protein and protein-protein interaction networks, and thus providing paradigm and reference for further elucidating the elaborate molecular mechanisms of anti-tumor properties of lectins.

以黄精凝集素诱导肿瘤细胞凋亡与自噬分子机理研究积累为基础，基于前期构建的凝集素诱导肿瘤细胞凋亡与自噬的信号通路蛋白质相互作用网络中部分关键蛋白群为核心，集成芯片分析和生物信息学技术分析与该网络关键蛋白相互作用的miRNA, 筛选与黄精凝集素抑制肿瘤细胞增殖相关的miRNA, 结合实验进行进一步验证，获得相关miRNA的详细信息。在细胞程序性死亡相关信号通路蛋白质相互作用网络调控基础上整合miRNA对关键蛋白的调控作用，构建"凝集素-肿瘤细胞程序性死亡相关蛋白群-miRNA相互调控网络"，丰富信号通路调控网络的层次，从蛋白质相互作用扩展至miRNA-蛋白质以及蛋白质间相互作用有机构成的信号通路调控网络，为最终阐述凝集素作用的精细分子机制研究提供研究模式和参考。

我们先前的研究结果表明，玉竹凝集素能诱导人肺癌A549细胞凋亡和自噬。然而，其发挥作用的分子机制及是否有miRNAs参与了玉竹凝集素诱导的A549细胞凋亡和自噬还没有被研究过。因此，使用玉竹凝集素处理A549肿瘤细胞， miRNA 芯片结果表明，经玉竹凝集素处理后有35个上调的miRNA和39个下调的miRNA。经qRT-PCR实验验证， 4个miRNA（hsa-miR-1290，hsa-miR-15a-3p，hsa-miR-3138和hsa-miR-3940-5p）表达的变化情况与miRNA芯片结果一致。我们进一步研究了miR-1290和miR-15a-3p的功能。研究发现糖原合成酶激酶3β（GSK3β）是miR-1290的靶点，miR-1290通过调控Wnt信号通路控制肿瘤细胞的生长。miR-15a-3p在玉竹凝集素处理后上调，过表达miR-15a-3p导致A549细胞凋亡和自噬主要是通过诱导A549细胞ROS的产生和线粒体膜电位中断。此外，miR-15a-3p介导的ROS的产生激活了A549细胞p53信号通路。总之，这些数据表明，玉竹凝集素通过调控miR-1290和miR-15a-3p来诱导A549细胞凋亡和自噬。.接下来我们研究了凝集素抗肿瘤细胞增殖和诱导其凋亡自噬的分子机制。我们发现凝集素通过死亡受体和线粒体途径诱导A549细胞凋亡并且还能诱导A549细胞产生肿瘤坏死因子α（TNF-α）。同时凝集素也能诱导A549细胞自噬。凝集素能诱导A549细胞和H1299细胞显著的生成活性氧（ROS），进而激活了丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）成员ERK、JNK和p38和NF-κB通路，因此，黄精凝集素诱导肺癌细胞凋亡和自噬的分子机制与MAPK通路和NF-κB通路有关。.本课题的研究为玉竹凝集素和黄精凝集素的抗肿瘤分子机制提供新的证据，并且由于雪花莲相关凝集素对肿瘤的特异性使得他们成为潜在的抗肿瘤药物。