山东医药2015年第55卷第34期 ・论著・ 大鼠BMSCs向心肌样细胞分化过程中 miR一128对Nkx2—5基因的调控作用 朱国伟,鞠延玲,高振宇 (锦州市中心医院,辽宁锦州121001) 摘要:目的探讨大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)向心肌样细胞分化过程中miR一128对Nkx2.5基因的调控作 用。方法分离培养大鼠BMSCs,应用5一氮杂胞苷将其诱导为心肌样细胞,采用Rea1.time PCR法检测诱导6、10、 14、18、22 d时miR一128、Nkx2-5基因的表达。用生物信息学方法对miR一128和Nkx2-5基因的靶向匹配关系进行预 测,显示miR一128与Nkx2—5 mRNA的3 UTR结合情况良好。提取心肌细胞总RNA,扩增Nkx2-5 mRNA 3 UTR片 段,构建Nkx2・5 3 UTR—pmirGLO荧光素酶报告载体,双荧光素酶检测转染Nkx2—5 3 UTR.pmirGLO以及miR一128模 拟物或对照miRNA的荧光强度,鉴定miR 128与Nkx2—5的靶向关系。结果 将诱导6 d的Nkx2—5和miR一128的 表达量分别设为1,诱导10 d的Nkx2-5表达量为4.33-4-1.32、22 d为14.78±6.05,诱导10 d的miR一128表达量为 0.776 2±0.054 3、22 d为0.197 6±0.083 6。miR・128与Nkx2-5的表达呈负相关(r=一0.546,P=0.021)。相对 于转染对照miRNA(设定其荧光素酶活性为1),转染miR-128能使Nkx2-5 3 UTR—pmirGLO的荧光素酶表达下降为 0.435 4 4-0.072 6。结论miR一128通过结合Nkx2—5 mRNA 3 UTR抑制其表达,具有负性调控BMSCs向心肌样细 胞分化过程中Nkx2-5表达的作用。 关键词:微小核糖核酸;Nkx2—5基因;骨髓间充质干细胞;心肌样细胞;大鼠 doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2015.34.001 中图分类号:R33 文献标志码:A 文章编号:1002—266X(2015)34—0001-03 Regulatory effect of miR-1 28 On Nkx2-5 gene during the process of rat BMSCs diferentiating into cardiomyocyte-like cells zHU Guo—wei,JU Yah—ling,GA0 Zhen—vu (Jinzhou Centraf Hospital,Jinzhou 121001,C ina) Abstract:Objective To investigate the regulatory effect of miR-128 on Nkx2—5 gene during the process of rat bone marrow mesenchymal stem cells(BMSCs)differentiating into cardiomyocyte—like cells.Methods BMSCs were isolated from bone marrow and induced into cardiomyocyte—like cells using 5-azacytidine.The expression of miR一128 and Nkx2—5 was determined by real—time PCR for the induction of 6,10,14,18 and 22 days.The matching relationships of miR一128 and Nkx2—5 gene were predicted by using bioinformatics method which showed that miR一128 was well combined with 3 一liB— translated region(3 UTR)of Nkx2.5 mRNA.The total RNA of the myocardial cells was extracted.We ampliifed Nkx2—5 mRNA 3 UTR segment and constructed Nkx2-5 3 UTR—pmirGLO lueiferase reporter plasmid.Lueiferase activities of Nkx2-5 3 UTR.pmirGLO.miR 128 mimics or the control miRNA were detected by using the dua1.1uciferase assay system. The targeted relationships of miR一128 and Nkx2-5 were identiied.ResulftsⅡthe expression of miR一128 and Nkx2—5 on the sixth day was arbitrarily defined as 1.the expression of Nkx2-5 mRNA on the tenth day was 4.33±1.32 and increased to 14.78±6.05 on the twenty—second day.The expression of miR一128 on the tenth day was 0.776 2±0.054 3 and de— creased to 0.197 6±0.083 6 on the twenty—second day.The expression of miR一128 was negatively correlated with Nkx2—5 (r=一0.546.P=0.021). rhe miR一128 decreased the luciferase expression of Nkx2—5 3 UTR—pmirGLO to 0.435 4 4- 0.072 6as compared with that of the control miRNA f which was diifned as 1).Conclusion The miR一128 may inhibit the Nkx2—5 expression by combing with Nkx2-5 mRNA 3 UTR,which negatively regulates the expression of Nkx2—5 during the process of BMSCs differentiating into cardiomyocyte—like cells. Key words:microRNA;Nkx2—5 gene;bone ma ̄ow mesenchymal stem cells;cardiomyocyte—like cells;rats 第一作者简介:朱国伟(1971・),男,副主任医师。研究方向为心脏的介入治疗。E—mail:suifeng800sd@163.corn Nkx2.5基因是心肌细胞发育过程中早期表达 的转录因子,于心肌细胞分化前已有表达,开始见于 心肌前体细胞并于心肌细胞分化阶段持续表达,在 胚胎和成体心肌细胞中稳定表达,是调控心肌细胞 分化的重要转录因子 。微小RNA(miRNA)是 一类小的内源性非编码RNA,广泛参与基因表达的 调控,但miRNA参与心肌样细胞的诱导分化的报道 少见。2014年3月,我们应用5一氮杂胞苷诱导大鼠 骨髓间充质干细胞(BMSCs)分化为心肌样细胞,检 测分化过程中miR-128和Nkx2.5的表达,探讨miR- 128对Nkx2—5基因表达的调控作用。 1材料与方法 1.1 材料4~6周龄SD大鼠,购于中国医科大学 实验动物部,体质量80~120 g。LG.DMEM培养基、 胎牛血清(FBS)和胰蛋白酶购于Hyclone公司,5.氮 杂胞苷购自Sigma公司,兔抗大鼠多克隆cTnI和 Nkx2.5抗体购自Santa Cruz公司,小鼠胚胎成纤维 细胞NIH3T3细胞系购于中国医学科学院基础医学 研究所。 1.2心肌样细胞的诱导将大鼠脱颈处死,取出股 骨和胫骨,反复冲出骨髓,接种到25 cm 培养瓶内; 于37 oC、5%CO 培养箱中培养,每3~4 d换液1 次,待细胞达到80%融合后,用0.25%胰酶消化,收 集细胞传代。取第3代细胞做诱导,培养基中加入 10 ̄moL/L的5一氮杂胞苷培养24 h后,更换完全培 养基培养3周;倒置显微镜下观察,显示BMSCs均 匀分布,呈梭形,诱导后细胞变细长,形态规则,平行 排列。采用免疫荧光法检测cTnI和Nkx2.5蛋白的 表达,光镜下显示细胞内cTnI呈绿色荧光,Nkx2.5 蛋白呈红色荧光,二者均呈高表达。提示BMSCs向 心肌样细胞转化。 1.3 miR一128、Nkx2.5表达检测 采用Rea1.time PCR方法。取诱导6、10、14、18、22 d的细胞,分别 加入RNAiso for small RNA(TaKaRa)和RNAiso Plus 提取总miRNA和总RNA;用RNase—free水稀释为1 L,按照TaKaRa反转录试剂盒说明进行反转 录;得到的cDNA样品稀释4倍,加入SYBR@Premix Ex Taq删lI(TaKaRa)和miR.122检测引物或Nkx2— 5检测引物;以u6或GAPDH为内参基因,在实时 定量PCR仪上进行40个循环的PCR反应,应用软 件对反应结果进行定量分析。 1.4 miR-128与Nkx2—5的靶向关系预测采用靶 基因预测软件miRanda(http://www.microrna.org/) 和TargetScan(http://www.targetsean.org/)对miR一 128和Nkx2—5基因(NM一053651)的靶向匹配关系 2 山东医药2015年第55卷第34期 进行预测,结果表明miR一128与Nkx2—5 mRNA的3 UTR结合情况良好。 1.5 miR一128与Nkx2—5的靶向关系鉴定 1.5.1 Nkx2—5 3 UTR的克隆取诱导培养22 d的 心肌样细胞,加入RNAiso Plus提取总RNA;反转录 为cDNA,利用正向引物5 一CCGAGCTCCCAG— GAGAAGGGCGAGA一3 和反向引物5,_GCTCTAGAG— GTccTG ITrGGGTCCGT一3 扩增Nkx2—5 mRNA 3 UTR 片段;琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物,克隆到pMD 18.T(TaKaRa)载体上测序。 1.5.2 Nkx2—5 3 UTR—pmirGLO的构建分别用 Sac I和Xba I双酶切pmirGLO质粒载体以及Nkx2. 5 3 UTR,参照TaKaRa DNA连接试剂盒说明书,将 Nkx2—5 3 UTR酶切片段与pmirGLO载体酶切片段 相连;构建Nkx2-5 3 UTR.pmirGLO荧光素酶报告载 体,转化入DH5c ̄感受态细胞中克隆扩增;按照 AxyPrep质粒DNA小量试剂盒(Axygen)说明书从 菌液中提取重组质粒,测序鉴定。 1.5.3双荧光素酶检测取NIH3T3细胞,加入含 10%FBS的DMEM培养基中。转染前1 d,胰酶消 化细胞并计数,细胞铺板,使其在转染日融合为 90%~95%。对于每孔细胞,利用Lipofeetamine 2000(Invitrogen)转染Nkx2.5 3 UTR—pmirGLO 200 ng以及miR一128模拟物或对照miRNA 30 nmo ̄L; 转染24 h后,按照Promega公司Dual—Luciferase ̄ ̄ 告基因检测系统检测两组荧光强度。 1.6统计学方法应用SPSS13.0统计软件。结果 以 ±s表示,比较采用t检验;相关性分析采用 Pearson直线相关。P<0.05为差异有统计学意义。 2 结果 2.1 miR一128、Nkx2-5表达将诱导6 d的Nkx2—5 和miR一128的表达量分别设为1,诱导10 d的Nkx2— 5表达量为4.33 4-1.32、22 d为14.78 4-6.05,诱导 10 d的miR.128表达量为0.776 2 4-0.054 3、22 d 为0.197 6±0.083 6。相关性分析显示,二者呈负 相关(r=一0.546,P=0.021)。 2.2 miR一128对Nkx2—5表达的调控作用 双荧光 素酶检测结果显示,相对于对照miRNA(设定其荧 光素酶活性为1),miR.128能使Nkx2-5 3 UTR. pmirGLO的荧光素酶表达下降为0.435 4 4- 0.072 6。 3讨论 NK-2基因主要编码转录激活因子,能够结合目 的基因启动子的共有序列[T(C/T)AAGTG],从而 激活转录。Nkx2—5基因是NK型同源盒基因家族成 山东医药2015年第55卷第34期 员之一,其蛋白产物为心肌前体细胞早期标志物,在 心肌细胞分化前就已经表达,于分化过程中高表达, 是心肌细胞分化过程中的重要转录因子 J。 Lyons等 研究发现,敲除Nkx2 5基因的小鼠心脏 发育出现异常。Schott等 发现,先天性心脏病患 者中Nkx2—5基因发生突变,其类型主要是无义突 变、RNA剪接信号突变以及阅读框架异位突变等。 虽然发育阶段的脾、胃和甲状腺组织有少量Nkx2-5 蛋白表达,但出生后其表达水平显著降低,而心肌中 有显著的特异性表达。表明Nkx2.5蛋白对多种器 官发育有影响,但主要以对心肌的发育和分化作用 为主 J。本研究应用5一氮杂胞苷将大鼠BMSCs诱 导为心肌样细胞,免疫荧光化学检测发现诱导后细 胞内有cTnI和Nkx2-5蛋白表达。 miRNA广泛参与生命活动过程中的基因表达 调控¨ ” ,其中miR一128参与了细胞分化以及癌症 发生等过程中基因表达的调控。Shi等 研究发 现,miR-128能够靶向作用于成肌细胞分化过程中 的重要转录因子肌生成抑制蛋白,过表达miR一128 能够抑制小鼠成肌细胞系C2C12的增殖,却促进其 分化为肌细胞。Huang等 应用Real—time PCR检 测肝细胞癌组织中miR一128的表达,发现其较癌旁 正常组织显著降低,进一步在肝癌细胞系中发现 miR-128能够靶向调控PI3KR1的表达,激活PI3K/ AKT信号转导通路,抑制癌细胞的增殖,推测其或 可作为诊断肝细胞癌的标志物。 本次研究运用靶基因预测软件miRanda和 TargetScan对miR.128和Nkx2.5基因的靶向匹配关 系进行预测,发现二者匹配关系良好。随后通过双 荧光素酶报告系统研究发现,miR一128能够靶向作 用于Nkx2.5 3 UTR并抑制其表达。Real-time PCR 结果表明随着诱导时间延长,miR.128表达量逐渐 降低,与Nkx2.5表达量呈负相关,提示miR.128参 与了心肌样细胞的诱导分化过程。 参考文献: [1]Inga A,Reamon—Buettner SM,Borlak J,et a1.Functional dissec— tion of sequence—speciifc NKX2-5 DNA binding domain mutations associated with human heart septation defects using a yeast—based system[J 3.Hum Mol Genet,2005,14(14):1965-1975. 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