多发性骨髓瘤U266细胞株DNA甲基转移酶和甲基结合蛋白的表达
许闪闪, 李智, 何丽梅, 翁文浩, 于慧
同济大学附属第十人民医院检验科,上海 200072

通讯作者:李智,联系电话:021-66306909。

作者简介:许闪闪,女,1984年生,硕士,主要从事临床常见病的发病机制及其诊断方法学研究。

摘要
目的

检测多发性骨髓瘤(MM)细胞DNA甲基转移酶(DNMTs)及甲基结合结构域(MBD)蛋白[包括甲基CpG结合结构域蛋白(MeCP2)和MBD2]的表达状况,探索其在基因甲基化过程的作用。并观察5-氮杂-2'-脱氧胞苷(5-Aza-CdR)和/或曲古霉素A(TSA)对DNMTs及MeCP2和MBD2的作用。

方法

利用荧光定量聚合酶链反应(PCR)分析MM U266细胞株DNMTs(DNMT1、DNMT3a、DNMT3b)及MeCP2和MBD2蛋白的mRNA水平,与10名正常人单个核细胞(PBMC)mRNA比较。4 μmol/L 5-Aza-CdR和/或0.1 μmol/L TSA与U266细胞共培养,分析MBD2和MeCP2蛋白mRNA的变化情况。Western Blot 检测这2种药物对U266细胞MBD2蛋白的影响。

结果

各甲基化调控蛋白mRNA与PBMC mRNA相比,差异有统计学意义( P均<0.05)。其中DNMTs和MBD2蛋白在U266细胞中表达升高,而MeCP2蛋白表达下降。经5-Aza-CdR和/或TSA作用后,MBD2表达下降,MeCP2升高。5-Aza-CdR在蛋白水平对MBD2的作用亦不显著;TSA可明显降低MBD2的表达,且具有时间依赖性。

结论

DNMTs和MBD2、MeCP2蛋白在MM U266细胞中表达异常,可能与U266细胞多个抑癌基因启动子高甲基化相关。5-Aza-CdR和TSA可以逆转U266细胞MBD2和MeCP2的表达。

关键词: 多发性骨髓瘤; 表观遗传学; DNA甲基转移酶; 甲基结合结构域蛋白
中图分类号:Q503 文献标志码:A 文章编号:1673-8640(2010)08-0632-05
The expression of DNA methyltransferases and methyl-DNA binding proteins in multiple myeloma U266 cell line
XU Shanshan, LI Zhi, HE Limei, WENG Wenhao, YU Hui
Department of Clinical Laboratory, the Tenth People's Hospital of Tongji University, Shanghai 200072, China
Abstract
Objective

To investigate the expression of DNA methyltransferases (DNMTs) and methyl-CpG-binding domain (MBD) proteins including MeCP2 and MBD2 in multiple myeloma (MM) cell and the influence on methylation, and observe the effect of 5-aza-2-deoxycitydine (5-Aza-CdR) and/or trichostatin A (TSA) on DNMTs, MeCP2 and MBD2.

Methods

The mRNA levels of DNMTs (DNMT1, DNMT3a and DNMT3b), MeCP2 and MBD2 proteins in MM U266 cell line and the mRNA level of peripheral blood mononuclear cell(PBMC)from 10 healthy controls were analyzed and compared by fluorescence quantitative polymerase chain reaction (PCR). U266 with 4 μmol/L 5-Aza-CdR and/or 0.1μmol/L TSA was cultured, and the mRNA of MBD2 and MeCP2 proteins was analyzed. In addition,the influence on MBD2 protein in U266 cell was evaluated by Western blot.

Results

There were statistical significance between the mRNA levels of methylation regulating proteins and PBMC ( P<0.05). The expressions of DNMTs and MBD2 increased in U266,while the expression of MeCP2 decreased. After treated with 5-Aza-CdR and/or TSA, the expression of MBD2 decreased, and the expression of MeCP2 increased. The effect of 5-Aza-CdR to MBD2 was not obvious. TSA with time dependence reduced the expression of MBD2.

Conclusions

DNMTs and MBD2, MeCP2 proteins are aberrant in MM U266 cell. It may be related with promoter hypermethylation in multiple tumor suppressor genes. 5-Aza-CdR and TSA can reverse the expression of MBD2 and MeCP2 in U266 cell.

Keyword: Multiple myeloma; Epigenesis; DNA methyltransferase; Methyl-CpG-binding domain protein

多发性骨髓瘤(multiple myeloma, MM)是以大量浆细胞异常增殖、单克隆免疫球蛋白过表达为特征的第二大恶性血液病。1997年以来, 国内外就不断有文献报导MM细胞存在抑癌基因p15[1] 、p16[1]、MGMT[2]、DAPK[2, 3]及干扰素相关因子家族19等[4]启动子区异常高甲基化, 导致这些蛋白表达减少。甲基化改变主要受DNA甲基化转移酶(DNA methyl transferases, DNMTs, 包括DNMT1、DNMT3a、DNMT3b)和甲基结合结构域家族(methyl-binding domain, MBD)蛋白[包括MBD2和甲基CpG结合结构域蛋白(MeCp2)]的调节。我们以分离的健康成人外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell, PBMC)为对照, 分析MM U266细胞系DNA甲基调控蛋白的表达情况, 探索MM基因异常高甲基化的机制, 观察去甲基化药物和组蛋白乙酰化酶抑制剂对这些蛋白表达的影响。

材料和方法
一、实验材料

1.MM细胞 U266细胞株由上海市第十人民医院血液科施菊妹教授惠赠。细胞悬浮生长于RPMI1640培养液(内含15%胎牛血清)(美国Gibco公司)、青-链霉素100 U/mL、1%HEPES、1%丙酮酸钠和1%葡萄糖。置37 ℃、5%CO2、100%饱和湿度孵箱中培养。维持细胞密度和培养液营养, 以使细胞处于对数生长期。实验前台盼蓝染色计数, 保持活细胞数95%100%。

2.引物设计合成 根据GENEBANK各基因的RNA序列设计特异性引物。以β -肌动蛋白(β -actin)作为内源性参照, 引物序列和产物信息见表1

表1 甲基化调控蛋白引物序列
二、实验方法

1.外周血单个核细胞分离 10名健康体检者, 男5名, 女5名, 年龄分布在1961岁。各采集枸橼酸钠抗凝血2 mL, 经血常规检查排除外周血异常后, 用Ficoll400淋巴细胞分离液(华昌药业)分离PBMC。

2.氯仿-异丙醇法抽提标本总mRNA Trizol (Invitrogen公司)裂解U266细胞及PBMCs, 氯仿-异丙醇法抽提总RNA, 紫外分光光度计检测其浓度和纯度。PrimeScript TM逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)试剂盒(TaKaRa公司)20 μ L体系逆转录2 000 ng总RNA, 获得各标本cDNA。

3.荧光定量分析各基因mRNA转录水平 以上述获得的2 μ L cDNA为模板, 加入18 μ L PCR反应液[4 μ mol/L基因引物1 μ L, 2× 高灵敏DNA荧光染料(SYBR) Premix Ex Taq 10 μ L, 红色荧光染料ROX Dye(阳性参比信号)(50× )0.4 μ L, 双蒸水(ddH2O) 6.6 μ L]。在ABI 7900实时荧光定量PCR仪上, 95℃预变性1 min, 95℃ 15 s, 56℃ 30 s, 72℃ 45 s, 共40个循环, 72℃ 5 min。分析各扩增曲线, 读取各标本荧光阈值(cycle threshold value, Ct)值。

4. 5-氮杂-2'-脱氧胞苷(5-Aza-CdR)和曲右霉素(TSA)作用 以68× 105/mL浓度U266细胞接种6孔板。根据前期MTT试验结果选择药物浓度和作用时间。药物作用分为4组, 第1组(PBS对照组):加入与药物等量的PBS; 第2组(5-Aza-CdR组):加入终浓度为4 μ mol/L 5-Aza-CdR(Sigma公司); 第3组(TSA组):加入终浓度为0.1 μ mol/L TSA(sigma公司); 第4组(5-Aza-CdR和TSA共同作用组):同时加入4 μ mol/L 5-Aza-CdR和0.1 μ mol/L TSA。37℃、5%CO2共培养48 h。药物作用重复3次, 在相应时间点收集细胞并抽提总RNA。

5.Western blot检测药物作用前后MBD2蛋白表达的改变 4 μ mol/L 5-Aza-CdR和/或0.1 μ mol/L TSA与U266细胞共培养48 h。收集细胞, 用核蛋白和浆蛋白抽提试剂盒(凯基公司)抽提核蛋白, BCA法定量, 100 ℃煮沸变性5 min。实验结果发现TSA可以降低MBD2蛋白的表达, 为观察该作用是否具有时间依赖性, 将U266细胞在0.1 μ mol/L TSA作用下分别培养24、72 h, 并检测MBD2蛋白表达情况。配制分离胶浓度为10%的十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶(SDS-PAG)。核蛋白30 μ g上样, 80 V 15 min, 150 V 45 min电泳后, 18 V 15 min转移至聚偏-氟乙烯膜(PVDF)膜上。5%脱脂奶粉室温封闭1 h。与羊抗人MBD2抗体(Santa Cruz公司)4 ℃孵育过夜。Tris-硼酸吐温缓冲液(TBST)洗涤10 min× 3次, 驴抗羊IgG-F(ab')2-辣根过氧化物酶(HRP) 37 ℃孵育30 min, TBST洗涤10 min× 3次。Pro-light HRP(天根公司)化学发光检测试剂A液和B液等比例混合, 滴加至PVDF膜上, X光胶片曝光显像。

三、统计学方法

应用SPSS17.0软件包对实验数据进行统计分析, 实验结果以 x-± s表示, 采用独立样本t检验, 比较U266细胞和PBMC之间各指标2-Δ Δ Ct的差异。用单因素方差分析作两两比较。P< 0.05表示差异有统计学意义。

结 果
一、DNMTs、MBD2和MeCP2蛋白mRNA的表达情况

经实时荧光定量PCR扩增得到各目的基因的Ct值, 以2-Δ Δ Ct方法计算各基因与β -actin拷贝数的比值, 比较实验组和对照组之间的差异, 见表2。与对照组PBMC相比, DNMTs在U266细胞中表达均增高, 而MBD家族中MBD2蛋白表达增高, MeCP2表达降低。

表2 实时荧光定量PCR扩增各基因
二、5-Aza-CdR和TSA对MBD2和MeCP2蛋白mRNA的影响

4 μ mol/L 5-Aza-CdR对MBD2的转录无影响, 见图1(a); 但可以加强MeCP2的转录, 见图1(b)。在0.1 μ mol/L TSA作用下, 2种蛋白mRNA均出现逆转, MBD2 mRNA减少而MeCP2增加, 对MeCP2而言, 5-Aza-CdR和TSA共同作用比单一药物作用mRNA增加更显著。

三、5-Aza-CdR和TSA作用后MBD2蛋白表达的改变

4 μ mol/L 5-Aza-CdR作用48 h后, U266细胞MBD2蛋白表达无差异。0.1 μ mol/L TSA作用48 h, 可明显抑制U266细胞MBD2蛋白的表达。增加或减少TSA对U266细胞的作用时间发现, TSA对MBD2蛋白表达的影响具有时间依赖性, 即随着作用时间的延长蛋白表达降低。见图2

图1 5-Aza-CdR和TSA作用48 h后U266细胞MBD2、MeCP2 mRNA的改变

图2 5-Aza-CdR和TSA对U266细胞MBD2蛋白的影响

讨 论

自Ng等[1]发表了首篇关于MM完全由5'CpG岛高甲基化引起p16和p15基因异常, 并且这可能是MM发生的特殊机制之一后, 国内外关于MM甲基化的研究逐渐增多, 人们发现抑癌基因尤其是p16[5]和p15基因启动子区CpG岛高甲基化导致基因表达沉默, 是MM发生的重要表观遗传因素。近期Yuregir等[3]对MM细胞甲基化谱进行筛选, 除p16基因外, MGMT、DAPK[6]及ECAD等至少还存在1个基因启动子高甲基化。

筛选MM细胞DNA甲基化谱固然重要, 然而关于引起这些基因高甲基化改变机制的研究甚少。本研究旨在检测甲基化调控蛋白mRNA转录水平探索其在MM甲基化调控中的作用。与PBMC相比, U266细胞DNMTs和MBD2转录水平升高, 前者与傅海英等[7]的研究结果相符合。DNMTs即胞嘧啶5-甲基转移酶, 其功能就是将甲基转移至胞嘧啶5位碳原子上。DNA甲基化的发生和甲基化程度的高低主要取决于DNMTs。U266细胞DNMTs比PBMC增高, 这可能是MM细胞多个抑癌基因沉默的主要原因。首先, DNMTs催化甲基转移, 直接使基因启动子发生甲基化, 阻碍转录因子与甲基化CpG结合从而直接抑制基因表达[8]; 其次, DNMTs招募DNA甲基结合蛋白等, 与特定DNA序列结合, 形成复合物, 间接抑制基因表达[9]。本研究结果MBD2蛋白明显增高可能也是解释这一机制的依据之一。若想进一步证实该机制, 可用染色质免疫沉淀技术芯片(ChIP-ChIP)分析DNMTs和MBD2的结合位点。Fu等[10]的报导已经证实甲基转移酶抑制剂5-Aza-CdR可以通过抑制DNMTs mRNA提高抑癌基因p16的表达。本研究结果说明5-Aza-CdR不通过MBD2发挥作用。

MeCP2是MBD蛋白家族的另一重要成员, 是唯一能识别单个甲基化CpG位点的结合蛋白, 与MBD2能够募集组蛋白去乙酰化酶(histone-deacetylase, HDAC), 与转录抑制相关[11]。然而MeCP2多定位于异染色质, 不但可以结合甲基化DNA, 而且与非甲基化DNA序列也有较弱的亲和力。采用ChIP-ChIP研究表明59%MeCP2结合位点位于基因间, 仅6%位于CpG位点[12]。这说明MeCP2可能不是直接与甲基化抑癌基因结合, 而是通过其他途径间接调控这些基因的表达。或许MM细胞同时存在癌基因启动子低甲基化, MeCP2调节该过程。5-Aza-CdR和TSA可以协同作用促进MeCP2转录。

TSA是HDAC抑制剂, 抑制HDAC、促进基因表达的高效试剂。TSA作用后, DNA甲基化过程中MBD2与HDAC复合物减少。因此用于结合MBD2的HDAC减少, 反馈下调MBD2转录, 一并抑制下游相关反应。因此, TSA可能成为MM患者治疗的有效药物。

综上所述, DNMTs和MBD2、MeCP2蛋白在MM U266细胞中表达异常, 可能与U266细胞多个抑癌基因启动子高甲基化相关。通过RNA干扰或过表达, 观察这些基因沉默后抑癌基因启动子的甲基化状态及基因的转录水平来验证。5-Aza-CdR和TSA可以逆转U266细胞MBD2和MeCP2蛋白的表达。

The authors have declared that no competing interests exist.

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