当前位置: 首页 > 期刊 > 《癌症》 > 1999年第6期
编号:10228842
全反式维甲酸激活人肺腺癌细胞系GLC-82中-PIG-B高度同源基因-PIGB1
http://www.100md.com 《癌症》 1999年第6期
     作者:王雪皎 王秀琴 张 睿 丁 芳 郭明洲 刘芝华 于振涛 吴旻

    单位:

    中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤研究所细胞生物室分子肿瘤学国家重点实验室(北京,100021)

    关键词:全反式维甲酸;肺腺癌;分化;PIG-B;PIGBI

    癌症990603 【摘要】目的:探讨全反式维甲酸(all-trans retinoic acid,ATRA)诱导肿瘤细胞分化的分子机制。方法:采用Southern和Northern杂交方法对本室用ATRA诱导人肺腺癌细胞GLC-82,经消减杂交所构建的cDNA消减文库进一步鉴定;序列分析后用RT-PCR方法研究胎儿组织中的表达情况。结果:分离到一为ATRA激活表达的基因-PIGB1,该基因与人PG-B(phosphatidylinositol glycan of complementation class B)基因高度同源,在多种胎儿组织中均有表达。结论:PIGB1基因可能参与ATRA诱导肿瘤细胞分化过程。
, 百拇医药
    中图分类号:R734.2 文献标识码:A 文章编号:1000-467X(1999)-06-063-04

    PIGB1, a gene with highly homologous to PIG-B,up-regulated in human lung adenocarcinoma cell line GLC-82 treated by all-trans retinoic acid

    WANG Xue-jiao,WANG Xiu-qin,ZHANG Rui,et al.

    Department of Cell Biology,National Lab of Molecular Oncology,Cancer Institute, Peking Union Medical College & Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100021,P.R.China
, http://www.100md.com
    【 Abstract】 Objective:To explore the molecular mechanism of cancer cell differentiation induced by all-trans retinoic acid (ATRA).Methods:Southern and Norhtern hybridization methods were used to screen the cDNA subtractive library constructed from ATRA induced human lung adenocarcinoma cell line GLC-82 in our laboratory. After sequence analysis,RT-PCR method was used to analyze the expression pattern in human fetal tissues.Results:PIGB1,a gene highly homologous to phosphatidylinositol glycan of complementation class B (PIG-B),up-regulated by ATRA,was cloned. PIGB1 expresses in various human fetal tissues.Conclusion:PIGB1 may be involved in differentiation of lung adenocarcinoma cell induced by ATRA.
, http://www.100md.com
    Key words:All-trans retinoic acid; Lung adenocarcinoma;Differentiation;PIG-B; PIGB1

    许多真核细胞膜蛋白通过与其锚定分子-糖基化磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidylinositol,GPI)结合而锚定在膜上。GPI前体在内质网中的合成过程包括磷脂酰肌醇糖基化及随后的修饰过程。PIG-B是GPI合成过程中的一个关键酶,它催化第二个甘露糖的转运。通过进一步分析本室黎伯铨等采用全反式维甲酸(all-trans retinoic acid,ATRA)诱导人肺腺癌细胞GLC-82分化,运用cDNA文库消减杂交策略构建的ATRA诱导GLC-82细胞分化的cDNA消减文库〔1〕,得到一为ATRA激活表达的基因,与PIG-B基因高度同源。

    1材料和方法

    1.1材料
, 百拇医药
    1.1.1细胞及组织标本:人肺腺癌细胞系GLC-82,由昆明医学院梁明达教授惠赠,本室传代保存。胎儿组织,由北京垂杨柳医院妇产科提供。

    1.1.2cDNA文库:未经ATRA诱导及经ATRA诱导1天和4天的人肺腺癌细胞GLC-82的cDNA文库:Lib.GLC-82,Lib.GLC-82.RA1与Lib.GLC-82.RA4及cDNA消减文库(由124个克隆组成),为本室黎伯铨等构建〔1〕

    1.2方法

    1.2.1ATRA诱导人肺腺癌GLC-82细胞分化:按文献〔1〕所述方法进行。

    1.2.2组织及细胞总RNA提取:按GIBCO公司TRzol试剂盒说明书进行。

    1.2.3Southern杂交:Lib.GLC-82,Lib.GLC-82.RA1及Lib.GLC-82.RA4各10μg,经SalI及NotI酶切后于1%琼脂糖凝胶电泳分离,常规毛细管虹吸法转膜。cDNA消减文库中各克隆的插入片段回收后,按ECLTM Random prime labelling and detection systems(Amersham)试剂盒说明书标记、杂交及检测。
, 百拇医药
    1.2.4Northern印迹杂交:取30μg细胞总RNA,1.2%琼脂糖甲醛变性凝胶电泳,常规毛细管虹吸法Northern转印。cDNA消减文库各克隆的插入片段按照Prime-a-Gene Labeling System(Promega)说明书以[α-32p]-dCTP(>3000 ci/mMol,10μci/μl,NEN)标记后作为探针,常规Northern杂交,放射自显影。

    1.2.5逆转录PCR反应:以3μg胎儿组织总RNA为模板,以oligo(dT)12~18为引物,按照SuperScriptTM Preamplification System for First Strand cDNA Synthesis(GIBCO/BRL)试剂盒说明书进行逆转录。以PIGB1内部特异引物5’-GCTGCTGCA-TAGGTACATGGT-3'及5'-GCTTGAAATTAGGAA-AGCGCT-3'进行PCR反应。20μl反应体积内含逆转录产物1μl,上下游引物各20pmol,0.4μl4×dNTPs(每种10mM),2μl10×PCR缓冲液(含15mMMgCl2)1UTaqDNA聚合酶,95℃预变性5分钟,94℃50秒,55℃50秒,72℃50秒,30个循环后72℃延伸5分钟。1.8%琼脂糖凝胶电泳观察结果。
, http://www.100md.com
    2结果

    2.1RA49的Southern杂交鉴定、测序及同源分析

    Southern杂交结果显示(图1),cDNA消减文库中的一个克隆RA49仅在Lib.GLC-82.RA1中特异存在。对RA49进行全自动测序(图2)。RA49cDNA片段为768bp,同源比较结果显示,RA49的3'端约550bp与人PIG-BmRNA(phosphatidylinositol glycan of complementation class B)的3'端高度同源(98%),其中约330bp位于人PIG-B基因的编码区。因RA49与PIGB的高度同源性,将RA49命名为PIGB1。

    图1 RA49的Southern杂交结果

    A:RA49的Southern杂交结果;B:cDNA文库SalI、NotI酶切后电泳结果(1%琼脂糖凝胶);
, 百拇医药
    c:Lib.GLC-82,1:Lib.GLC-82.RA1,4:Lib.GLC-82.RA4.

    图2 RA49的序列(加尾信号以下划线标出)

    2.2RA49差异表达及mRNA大小确定

    Northern杂交结果(图3)显示PIGB1存在两个转录本,分别为1.9kb与3.7kb,这两个转录本的表达均被ATRA升调节,这种改变从ATRA诱导6小时即出现,持续整个诱导过程。其中1.9kb的转录本与PIG-B的转录本大小一致,由两者之间的高度同源性推测1.9kb的转录本可能为PIG-B。

    2.3PIGB1在组织中的表达采用RT-PCR方法分析PIGB1在胎儿组织中的表达情况(图4),结果表明,PIGB1在胎儿皮肤、肝、心脏、食管、胃、脑、胰腺和肺中均表达,在心脏、食管、胃和肺中表达量较高。
, 百拇医药
    图3 PIGB1的Northern杂交结果

    1:PIGB1的Northern杂交结果;2.细胞总RNA

    1.2%琼脂糖甲醛变性凝胶电泳结果;R、D分别

    代表ATRA处理组细胞和DMSO对照组细胞;R

    右下脚的数字代表处理的天数

    图4 RT-PCR方法分析PIGB1在胎儿组织中的表达情况

    a:PIGB1;b:Tubulin;M:ΦX174/HaeIII;1:皮肤;

    2:肝;3:心脏;4:食管;5:胃;6:脑;7:胰腺;8:肺
, 百拇医药
    3讨论

    通过分析ATRA诱导人肺腺癌GLC-82细胞分化过程中的基因表达差异,分离到一ATRA激活表达的基因-PIGB1。该基因3'端与人PIG-BmRNA的3'端约550个碱基高度同源,其5'端约200个碱基未发现同源序列。RT-PCR结果显示,PIGB1在多种胎儿组织中表达,提示PIGB1可能是一相对保守的基因,在细胞的基本生命活动中可能发挥重要作用。PIGB1已作为一个新的表达序列为GenBank所收录,编号为AF052498。

    PIG-B是参与许多真核细胞(从酵母到哺乳动物)膜蛋白锚定分子糖基化磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidylinositol,GPI)合成过程中的一个关键酶。PIG-BmRNA全长1.924kb,为日本Osaka大学TakahashiM.等人于1994年所发现〔2〕。PIG-B基因位于人染色体15q21-q22,为编码554个氨基酸的内质网跨膜蛋白,氨基端约60个氨基酸位于胞浆侧,羧基端约470个氨基酸位于内质网腔内,是PIG-B的活性部位,RA49与PIG-B的同源区域大部分落在PIG-B的功能区,提示RA49很可能与PIG-B具有相同或相似的功能。在运用RA49作为探针与ATRA诱导前后GLC82总RNA进行Northern杂交时发现RA49有两个转录本,分别为3.7kb与1.9kb,其中1.9kb的转录本表达量高于3.7kb的转录本,两个转录本均被ATRA升调节,我们推测其中1.9kb的转录本很可能即是PIG-B,而3.7kb的转录本可能是PIG-B的不同剪接形式,或与PIG-B同一家族的另一基因,即RA49。该结果提示在ATRA诱导GLC-82分化过程中,可能有两个与GPI合成有关的酶被激活。
, 百拇医药
    许多真核细胞膜蛋白通过与GPI共价结合而锚定在膜上,在哺乳类动物中就有50多种蛋白通过GPI锚定于膜上〔3〕。在蛋白质翻译后修饰过程中,GPI前体与C端带有GPI识别序列的蛋白质共价结合,使蛋白质具有锚定于膜上的功能。对这一过程的研究导致细胞表面蛋白工程〔4〕的出现,即利用GPI具有将蛋白锚定到细胞膜的功能,将一基因的mRNA3’端序列替换成GPI锚定蛋白的保守序列,可将任何目的蛋白改造为GPI锚定蛋白,这些GPI锚定蛋白具有整合在任何靶细胞的功能。

    GPI前体在内质网中的合成包括磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol)糖基化及随后的修饰过程〔3〕。迄今为止,已发现十几个参与该合成过程的基因,包括PIG-A〔5〕、PIG-F〔6〕、PIG-C〔7〕、PIG-H〔7〕、PIG-L〔8〕及PIG-B等。RA49与PIG-B高度同源提示RA49可能也是参与GPI合成过程中的一种酶。参与GPI合成的任何一种酶的表达异常,均可引起GPI合成异常。由于所有GPI锚定蛋白均具有共同的GPI锚定分子,GPI生物合成的降低将导致多种通过GPI锚定于膜上的蛋白质的异常定位,而膜蛋白具有进行细胞内外物质转运以及信号传导等多种功能,维持细胞稳态及对体内外信号的反应性。如果GPI合成酶缺陷发生在胚胎细胞,将导致小鼠早期胚胎死亡〔9〕。Tarutanl等的研究表明GPI锚定蛋白为皮肤正常发育所必需〔10〕。由GPI锚定分子缺陷引起的人类遗传疾病尚未见报道,可能因为GPI锚定蛋白的缺陷将导致早期胚胎死亡。阵发性睡眠性血红蛋白尿(PNH)即以GPI锚定蛋白的表达缺陷为特征〔11〕,研究表明PNH相关基因为定位于染色体上的PIG-A(phosphatidylinositolglycan class A),在所有PNH病人中均存在PIG-A突变〔12〕
, 百拇医药
    肿瘤细胞具有多种不同于正常细胞的特征,如具异常的膜蛋白,对体内外信号反应异常,失去接触抑制的特性等〔13〕。DiNoto等在ATRA诱导来自5个急性早幼粒白血病病人的早幼粒细胞中均发现GPI锚定分子CD66D的表达〔14〕。Furuhata等从食管癌细胞中分离得到一p53激活表达的与GPI锚定蛋白具高度同源性的基因,具有抑制食管癌细胞生长的作用〔15〕,提示在肿瘤细胞的细胞转化过程中涉及了GPI锚定蛋白的改变。

    GPI除具有将蛋白质锚定于细胞膜上的功能外,尚在激素、生长因子和细胞因子信号传导中发挥作用。由激活的phospholipase介导的phospho-diesteric hydrolysis产生水溶性的oligosaccharidespecies称为inositol phosphoglycan(IPG)。将IPG外源给予细胞,可模仿细胞外配体(ligand)的生物效应,GPI/IPG信号系统为转膜信号传导的另一机制〔16〕。在ATRA诱导的肿瘤细胞分化过程中是否通过对GPI合成的调节而影响GPI/IPG信号传导系统,尚有待于进一步研究。
, 百拇医药
    本研究结果提示GPI合成的异常可能参与了肿瘤的发生过程。而在肿瘤再分化过程中,ATRA可能通过对PIGB1等基因的表达调节参与GPI的合成控制使这种异常得到恢复。

    资金项目:本课题为国家攀登计划资助项目

    〔参考文献〕

    〔1〕黎伯铨,张雪艳,蔡岩,等.维甲酸对人肺腺癌细胞系GLC-82分化作用的实验研究〔J〕.中华医学杂志,1995,75:683~685.

    〔2〕Takahashi M,Inoue N,Ohishi K,et al. PIG-B,a member protein of the endoplasmic reticulum with a large lumenal domain,is involved in trasferring the third mannose of the GPI anchor〔J〕.EMBO J,1996,15: 4254~4261.
, http://www.100md.com
    〔3〕Kinoshita T,Ohishi K,Takeda J.GPI-anchor synthesis in mammalian cells: genes,their products,and a deficiency〔J〕.J Biochem, 1997, 122(2):251~257.

    〔4〕Medof ME,Nagarajan S, Tykocinski ML.Cell-surface engineering with GPI-anchored proteins〔J〕.FASEB J,1996,10:574~586.

    〔5〕Miyata T,Takeda J,Iida Y,et al. The cloning of PIG-A,a component in the early step of GPI-anchor biosynthesis〔J〕. Science,1993,259:1318~1320.
, http://www.100md.com
    〔6〕Inoue N, Kinoshita T,Orii T,et al. Cloning of a human gene,PIG-F,a component of glycosylphosphatidylinositol anchor biosynthesis,by a novel expression cloning strategy 〔J〕.J Biol Chem, 1993,268:6882~6885.

    〔7〕Inoue N, Watanabe R,Takeda J,et al. PIG-C,one of the three human genes involved in the first step of glycosylpho-sphatidylinositol biosynthesis is a homologue of Saccharomyces cerevisiae GPI2 〔J〕. Biochem Biophys Res Commun,1996, 226:193~199.
, http://www.100md.com
    〔8〕Nakamura N, Inoue N, Watanabe R,et al.Expression cloning of PIG-L, a candidate N-acetylglucosaminyl-phosphatidylinositol deacetylase 〔J〕. J Biol Chem, 1997, 272: 15834~15840.

    〔9〕Kawagoe K,Kitamura D, Okabe M,et al. Glycosylpho-sphatidylinositol-anchor-deficient mice:implications for clonal dominance of mutant cells in paroxysmal nocturnal hemo-globinuria 〔J〕. Blood, 1996,87:3600~3606.

    〔10〕Tarutani M,Itami S, Okabe M, et al. Tissue-specific knockout of the mouse Pig-a gene reveals important roles for GPI-anchored proteins in skin development 〔J〕. Proc Notl Acad Sci USA,1997,94:7400~7405.
, 百拇医药
    〔11〕Rosse WF,Ware RE. The molecular basis of paroxysmal nocturnal hemoglobinuria 〔J〕. Blood,1995,86:3277~3286.

    〔12〕Takeda J,Miyata T,Kawagoe K,et al. Deficiency of the GPI anchor caused by a somatic mutation of the PIG-A gene in paroxysmal nocturnal hemoglobinuria 〔J〕.Cell,1993,73:703~711.

    〔13〕Trosko JE,Ruch RJ. Cell-cell communication in carcinogenesis〔J〕.Front Biosci,1998,3:D208~D236.

    〔14〕Di Noto R,Schiavone EM, Lo Pardo C,et al.Differential regulation of GPI-linked molecules on leukaemic promyelocytes treated in vitro with all-trans retinoic acid 〔J〕.Br J Haematol,1996,93:392~393.
, 百拇医药
    〔15〕Furuhata T,Tokino T, Urano T, et al. Isolation of a novel GPI-anchored gene specifically regulated by p53; correlation between its expression and anti-cancer drug sensitivity 〔J〕.Oncogene,1996,13:1965~1970.

    〔16〕Jones DR, Varela-Nieto I. The role of glycosyl-phosphatidyli-nositol in signal transduction 〔J〕.Int J Biolchem Cell Biol,1998,30:313~326.

    收稿日期:1999-03-09;修回日期:1999-08-25, 百拇医药