RNA không mã hóa dài HCG18 ức chế sự biệt hóa của tế bào gốc trung mô lấy từ tủy xương người trong loãng xương bằng cách nhắm mục tiêu trục miR-30a-5p/NOTCH1
Tóm tắt
Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng RNA không mã hóa dài (LncRNA) có thể ảnh hưởng đến quá trình biệt hóa và hình thành tế bào xương. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ liệu lncRNA HCG18 có liên quan đến loãng xương (OP) hay không. Nghiên cứu này được tiến hành để điều tra sự điều chỉnh của HCG18 trong quá trình biệt hóa xương của tế bào gốc trung mô tủy xương (BMSCs).
BMSCs được phân lập và nuôi cấy từ các mẫu mô bệnh lý của chuột và bệnh nhân loãng xương. Phân tích RT-qPCR được thực hiện để xác định biểu hiện của HCG18 và miR-30a-5p trong BMSCs. Sự tương tác giữa HCG18 và miR-30a-5p được phân tích thông qua xét nghiệm luciferase kép và xét nghiệm thu hồi RNA. Tương tác giữa miR-30a-5p và UTR-3′ của NOTCH1 cũng được phân tích bằng xét nghiệm luciferase kép. RT-qPCR và phương pháp Western blot được sử dụng để phát hiện biểu hiện của các gen tạo xương như Runx2, OCN và OPN. Mô hình chuột mất tải (HU) đã được thiết lập và HCG18 đã bị knockdown trên bề mặt hình thành xương bằng cách sử dụng quá trình truyền dẫn shRNA qua lentivirus.
Biểu hiện của HCG18 gia tăng ở BMSCs của bệnh nhân OP, trong khi đó biểu hiện của miR-30a-5p lại giảm. Biểu hiện của HCG18 và miR-30a-5p có mối tương quan tiêu cực trong BMSCs. Trong quá trình biệt hóa từ BMSCs thành nguyên bào xương, biểu hiện của HCG18 giảm rõ rệt, trong khi biểu hiện của miR-30a-5p lại tăng đáng kể. Việc tăng cường biểu hiện HCG18 có thể đảo ngược sự gia tăng biểu hiện của miR-30a-5p do biệt hóa tạo xương, và việc knockdown HCG18 còn thúc đẩy thêm sự biểu hiện của miR-30a-5p. Ngoài ra, miR-30a-5p đã phần nào làm giảm tác động của HCG18 đến quá trình biệt hóa tạo xương của BMSCs. NOTCH1 là một protein đích của miR-30a-5p, và việc tăng cường NOTCH1 đã đảo ngược tác động của miR-30a-5p lên quá trình biệt hóa tạo xương của BMSCs. Hơn nữa, nghiên cứu này cũng phát hiện rằng việc knockdown HCG18 qua lentivirus trên bề mặt hình thành xương của chuột mất tải (HU) đã phần nào làm giảm tình trạng mất xương do mất tải gây ra.
HCG18 ức chế quá trình biệt hóa tạo xương của BMSCs do OP thông qua trục miR-30a-5p/NOTCH1. HCG18 có thể được xác định là một yếu tố điều chỉnh quá trình biệt hóa tạo xương của BMSCs.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Ann EJ, Kim HY, Choi YH, Kim MY, Mo JS, Jung J, et al. Inhibition of Notch1 signaling by Runx2 during osteoblast differentiation. J Bone Miner Res. 2011;26(2):317–30.
Compston J, Cooper A, Cooper C, Gittoes N, Gregson C, Harvey N, et al. UK clinical guideline for the prevention and treatment of osteoporosis. Arch Osteoporos. 2017;12(1):43.
Croce N, Gelfo F, Ciotti MT, Federici G, Caltagirone C, Bernardini S, et al. NPY modulates miR-30a-5p and BDNF in opposite direction in an in vitro model of Alzheimer disease: a possible role in neuroprotection? Mol Cell Biochem. 2013;376(1–2):189–95.
Deng YB, Ye WB, Hu ZZ, Yan Y, Wang Y, Takon BF, et al. Intravenously administered BMSCs reduce neuronal apoptosis and promote neuronal proliferation through the release of VEGF after stroke in rats. Neurol Res. 2010;32(2):148–56.
Dweep H, Sticht C, Pandey P, Gretz N. miRWalk–database: prediction of possible miRNA binding sites by “walking” the genes of three genomes. J Biomed Inform. 2011;44(5):839–47.
Fan JZ, Yang L, Meng GL, Lin YS, Wei BY, Fan J, et al. Estrogen improves the proliferation and differentiation of hBMSCs derived from postmenopausal osteoporosis through notch signaling pathway. Mol Cell Biochem. 2014;392(1–2):85–93.
Franzetti GA, Laud-Duval K, Bellanger D, Stern MH, Sastre-Garau X, Delattre O. MiR-30a-5p connects EWS-FLI1 and CD99, two major therapeutic targets in Ewing tumor. Oncogene. 2013;32(33):3915–21.
Gielen E, Bergmann P, Bruyere O, Cavalier E, Delanaye P, Goemaere S, et al. Osteoporosis in frail patients: a consensus paper of the Belgian bone club. Calcif Tissue Int. 2017;101(2):111–31.
Guan YX, Zhang ZM, Chen XZ, Zhang Q, Liu SZ, Zhang YL. Lnc RNA SNHG20 participated in proliferation, invasion and migration of breast cancer cells via miR-495. J Cell Biochem. 2017;119:7971–81.
Hang HL, Xia Q. Role of BMSCs in liver regeneration and metastasis after hepatectomy. World J Gastroenterol. 2014;20(1):126.
He X, Chen X, Zhang X, Duan X, Pan T, Hu Q, et al. An Lnc RNA (GAS5)/SnoRNA-derived piRNA induces activation of TRAIL gene by site-specifically recruiting MLL/COMPASS-like complexes. Nucleic Acids Res. 2015;43(7):3712–25.
He XF, Zhang L, Zhang CH, Zhao CR, Li H, Zhang LF, et al. Berberine alleviates oxidative stress in rats with osteoporosis through receptor activator of NF-kB/receptor activator of NF-kB ligand/osteoprotegerin (RANK/RANKL/OPG) pathway. Bosnian J Basic Med Sci. 2017;17(4):295.
Hu Z, Wang Y, Sun Z, Han W, Hua Z, Zhang L, et al. miRNA-132-3p inhibits osteoblast differentiation by targeting Ep300 in simulated microgravity. Sci Rep. 2015;5:18655.
Huang JC, Sakata T, Pfleger LL, Bencsik M, Halloran BP, Bikle DD, et al. PTH differentially regulates expression of RANKL and OPG. J Bone Miner Res. 2010;19(2):235–44.
Jin X, Zhang Z, Lu Y, Fan Z. Suppression of Long non-coding RNA LET potentiates bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) proliferation by up-regulating TGF-β1. J Cell Biochem. 2017;119:2843–50.
Jing H, Su X, Gao B, Shuai Y, Chen J, Deng Z, et al. Epigenetic inhibition of Wnt pathway suppresses osteogenic differentiation of BMSCs during osteoporosis. Cell Death Dis. 2018;9(2):176.
Kang H, Yang K, Xiao L, Guo L, Guo C, Yan Y, et al. Osteoblast hypoxia-inducible factor-1α pathway activation restrains osteoclastogenesis via the interleukin-33-MicroRNA-34a-Notch1 pathway. Front Immunol. 2017;8:1312.
Landi A, Vermeire J, Iannucci V, Vanderstraeten H, Naessens E, Bentahir M, et al. Genome-wide shRNA screening identifies host factors involved in early endocytic events for HIV-1-induced CD4 down-regulation. Retrovirology. 2014;11:1–12.
Laxman N, Rubin CJ, Mallmin H, Nilsson O, Pastinen T, Grundberg E, et al. Global miRNA expression and correlation with mRNA levels in primary human bone cells. RNA. 2015;21(8):1433–43.
Leder BZ. Parathyroid hormone and parathyroid hormone-related protein analogs in osteoporosis therapy. Curr Osteoporos Rep. 2017;15(2):110–9.
Liu P, Feng Y, Dong C, Yang D, Li B, Chen X, et al. Administration of BMSCs with muscone in rats with gentamicin-induced AKI improves their therapeutic efficacy. PLoS ONE. 2014;9(5):e97123.
Liu Y, Wang X, Chang H, Gao X, Dong C, Li Z, et al. Mongolian medicine echinops prevented postmenopausal osteoporosis and induced ER/AKT/ERK pathway in BMSCs. Biosci Trends. 2018. https://doi.org/10.5582/bst.2018.01046.
Livak K, Schmittgen T. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-△△Ct method. Methods. 2000;25(4):402–8.
Lv H, Li Z, Zhang L. Combination therapy of anabolic agents and bisphosphonates on bone mineral density in patients with osteoporosis: a meta-analysis of randomised controlled trials. BMJ Open. 2018;8(3):e015187.
Mahmood M, Li Z, Casciano D, Khodakovskaya MV, Chen T, Karmakar A, et al. Nanostructural materials increase mineralization in bone cells and affect gene expression through miRNA regulation. J Cell Mol Med. 2011;15(11):2297–306.
Mei B, Wang Y, Ye W, Huang H, Zhou Q, Chen Y, et al. LncRNA ZBTB40-IT1 modulated by osteoporosis GWAS risk SNPs suppresses osteogenesis. Hum Genet. 2019;138:151–66.
Melton LJ 3rd, Thamer M, Ray NF, Chan JK, Chesnut CH 3rd, Einhorn TA, et al. Fractures attributable to osteoporosis: report from the National Osteoporosis Foundation. J Bone Miner Res. 1997;12(1):16–23.
Miao Z, Jin J, Chen L, Zhu J, Huang W, Zhao J, et al. Isolation of mesenchymal stem cells from human placenta: comparison with human bone marrow mesenchymal stem cells. Cell Biol Int. 2013;30(9):681–7.
Miranda K, Yang X, Bam M, Murphy EA, Nagarkatti PS, Nagarkatti M. MicroRNA-30 modulates metabolic inflammation by regulating Notch signaling in adipose tissue macrophages. Int J Obes. 2018;42(6):1140–50.
Morigi M, Introna M, Imberti B, Corna D, Abbate M, Rota C, et al. Human bone marrow mesenchymal stem cells accelerate recovery of acute renal injury and prolong survival in mice. Stem Cells. 2010;26(8):2075–82.
Paraskevopoulou MD, Hatzigeorgiou AG. Analyzing MiRNA–LncRNA interactions. Methods Mol Biol. 2016;1402(1):271–86.
Qaseem A, Forciea MA, Mclean RM, Denberg TD. Treatment of low bone density or osteoporosis to prevent fractures in men and women: a clinical practice guideline update from the American college of physicians. Ann Intern Med. 2017;167(12):899.
Ren G, Sun J, Li MM, Zhang YD, Li RH, Li YM. MicroRNA-23a-5p regulates osteogenic differentiation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells by targeting mitogen-activated protein kinase-13. Mol Med Rep. 2018;17:4554–60.
Rosenwald S, Gilad S, Benjamin S, Lebanony D, Dromi N, Faerman A, et al. Validation of a microRNA-based qRT-PCR test for accurate identification of tumor tissue origin. Mod Pathol. 2010;23(6):814.
Sanchez-Martin M, Ferrando A. The NOTCH1-MYC highway toward T-cell acute lymphoblastic leukemia. Blood. 2017;129(9):1124–33.
Sheik MJ, Gaughwin PM, Lim B, Robson P, Lipovich L. Conserved long noncoding RNAs transcriptionally regulated by Oct4 and Nanog modulate pluripotency in mouse embryonic stem cells. RNA. 2010;16(2):324–37.
Si-Yu C, Jian-An C, Li-Wen L, Ji-Yuan X, Zhi-Gang R, Ran-Ran S, et al. Effects of long noncoding RNA HCG18 on biological activity of hepatoma cells. Henan Med Res. 2019.
Smirnova L, Gräfe A, Seiler A, Schumacher S, Nitsch R, Wulczyn FG. Regulation of miRNA expression during neural cell specification. Eur J Neurosci. 2015;21(6):1469–77.
Tansriratanawong K, Tamaki Y, Ishikawa H, Sato S. Co-culture with periodontal ligament stem cells enhances osteogenic gene expression in de-differentiated fat cells. Hum Cell. 2014;27(4):151–61.
Wang Q, Li Y, Zhang Y, Ma L, Lin L, Meng J, et al. LncRNA MEG3 inhibited osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells from postmenopausal osteoporosis by targeting miR-133a-3p. Biomed Pharmacother. 2017;89:1178.
Wang Q, Yang Q, Chen G, Du Z, Ren M, Wang A, et al. LncRNA expression profiling of BMSCs in osteonecrosis of the femoral head associated with increased adipogenic and decreased osteogenic differentiation. Sci Rep. 2018;8(1):9127.
Wang L, Zhao S, Yu M. Mechanism of low expression of miR-30a-5p on epithelial–mesenchymal transition and metastasis in ovarian cancer. DNA Cell Biol. 2019;38(4):341–51.
Welinder C, Ekblad L. Coomassie staining as loading control in western blot analysis. J Proteome Res. 2011;10(3):1416–9.
Xi Y, Jiang T, Wang W, Yu J, Wang Y, Wu X, et al. Long non-coding HCG18 promotes intervertebral disc degeneration by sponging miR-146a-5p and regulating TRAF6 expression. Sci Rep. 2017;7(1):13234.
Xiao B, Zhang W, Chen L, Hang J, Wang L, Rong Z, et al. Analysis of the miRNA–mRNA–lncRNA network in human estrogen receptor-positive and estrogen receptor-negative breast cancer based on TCGA data. Gene. 2018;658:28–35.
Zanotti S, Canalis E. Notch1 and Notch2 expression in osteoblast precursors regulates femoral microarchitecture. Bone. 2014;62(5):22–8.