一种新丝氨酸蛋白酶-snc19(st14)基因编码蛋白生物特性的的研究
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浙江大学博士学位论文
一种新的丝氨酸蛋白酶——《NCl9(STl4)基因编码蛋白的生物特性
的研究
中文摘要
厂
\恶性肿瘤是严重危害人类健康的疾病之一,近年来随着生活水平的提高,~
社会老龄化的发展,恶性肿瘤的发病率和死亡率都呈明显升高趋势。
转移和复发是肿瘤治疗失败的最主要原因。
肿瘤转移是恶性肿瘤最重要的特征之一,也是一个多阶段的、序贯连续的复杂过程,大致分为几个阶段:l,肿瘤细胞脱离原发瘤;2,肿瘤细胞穿过基底膜,发生组织浸润,并进入血管或淋巴管;3,在血管或淋巴管中转运、黏附和侵入靶组织;4,在靶组织生长、血管增生、形成转移灶。
细胞外基质EcM包括基底膜和间隙间质,主要是由胶原。
糖蛋白和蛋白多糖等一些物质组成,具有维持细胞组织形态的作用,是细胞间相互作用的重要场所。
在肿瘤细胞的浸润和转移过程中,肿瘤细胞必须首先要通过EcM的降解,才能发生肿瘤细胞的浸润和迁移,并转移到他处。
因此,肿瘤浸润和转移与EcM的降解有极其重要关系。
EcM的降解与多种蛋白酶有关,其中包括丝氨酸蛋白酶家族中的纤维蛋白溶酶原和纤维蛋白溶酶系统,金属蛋白酶系统中的MMP-2和删P一9,组织蛋白酶B,组织蛋白酶D,以及其他一些蛋白水解酶如透明质酸酶,胶原酶等。
SNCl9(STl4)基因是我所应用减数杂交技术筛选出的大肠癌新相关基因之一。
1995年被Genbank作为新基因录入,并给予登录检索号HSU20418。
1998年国际基因命名委员会命名SNCl9为STl4(suppressionoftumorigenicity14)基因。
在人类基因组计划的基因组资料11号染色体的基因图谱中已将SNCl9/STl4基因收录。
SNCl9基因的基因组DNA全长为50420bp,共有19个外显子及18个内含子,荧光原位杂交结果显示,该基因定位于Ilq24—25区。
SNCl9/STl4基因cDNA全长为3142bp,ORF编码855个氨基酸,编码蛋白序列内含胰蛋白酶样功能区。
在国外的一些实验室先后通过不同途径发现了与SNCl9基因序列~致的蛋
l
白,并各自命名。
美国的Lin.C.Y等在人的一种乳腺癌细胞系的培养液中分离
到一种新的丝氨酸蛋白酶,经氨基酸序列分析,Genbank基因序列比对,证实与SNCl9基因相同。
1999年,Lin.c.Y等发现这种丝氨酸蛋白酶具有降解细胞外基质的作用,将其称为Matriptase。
美国的Takeuchi等在人前列腺癌细胞中发现并命名为membrane—typeserineprotease1(MT—SPl)。
在他们的研究中发现,Matriptase具有降解细胞外基质的作用,并能激活uPA前体及HGF/sF前体。
肝细胞生长因子激动子抑制因子HAI一1(hepatocytegrowthfactoractivatorinhibitor),1997年首先在胃癌细胞系MKN45中发现,为一类新的Kunitz型丝氨酸蛋白酶抑制因子,可特异性地抑制HGFA,激活BGF前体,在肿瘤的形成、肿瘤细胞的浸润和转移、分化及肿瘤血管形成过程中可能有重要调
节作用。
其与Matriptase在生理条件下在人乳中以复合蛋白的形式存在,并能
、
抑制Matriptase降解细胞外基质ECM功能。
4
/
为进一步研究SNCl9(STl4)蛋白的生物特性,以及其在肿瘤转移中的可能作用,本实验在核酸水平的研究基础上设计:1,将SNCl9(STl4)基因克隆到原核表达质粒,表达纯化SNCl9(STl4)一GST融合蛋白;2,用SNCl9(STl4)一GST融合蛋白免疫小鼠,按杂交瘤技术制备SNCl9(STl4)蛋白单克隆抗体;3,利用生物信息学方法进行SNCl9(STl4)蛋白的结构预测和功能分析;4,在mRNA水平用RTPCR的方法研究在正常大肠黏膜及相应肿瘤组织中表达;在蛋白水平应用免疫组织化学方法研究正常消化道与相应肿瘤组织表达分布情况,并研究在其他肿瘤中表达的情况,同时研究SNCl9蛋白与其相关蛋白HAl—1蛋白在组织表达中的关系:5,用PCR—DNA序列分析的方法比较正常大肠黏膜及相应肿瘤组织中SNCl9(STl4)基因组DNA外显子序列的差异分析SNCl9(STl4)基因突变情况。
1.SNCl9原核表达质粒的构建及融合蛋白的表达;
/
(将部分SNCl9基因cDNAORF经PCR扩增和亚克隆,与6ST融合蛋白原核表\
达载体pGEX4T2重组构建SNCl9ORF/pGEX4T2表达质粒。
将SNCl9ORF/
2
pGEX4T2表达质粒转化E.coliP2392细菌,以IPTG诱导表达SNCl9-GST融合
蛋白。
PCR扩增SNCl9基因cDNA的部分ORF结果为900bp,经DNA测序证实。
BamHI和NotI酶双酶切证实SNCl9ORF正确克隆在pGEX4T2多克隆位点。
SDS—PAGE凝胶电泳证实IPTG诱导表达SNCl9一GST融合蛋白,大小为58kda。
SNCl9一GST融合蛋白主要表达在诱导表达菌沉淀,用制备型的¥3S—PAGE割胶、
电洗脱回收纯化SNCl9~GST融合蛋白。
以浓度梯度标准BSA测定回收融合蛋白
、
浓度,共制备融合蛋白抗原约5.5mg。
4
/
2.SNCl9单克隆抗体的制备和生物学特性鉴定l
厂
(用SNCl9-GST融合蛋白免疫BALB/c小鼠,应用杂交瘤技术,经细胞融合和\
筛选,克隆化培养和特异性性检测,获得抗SNCl9克隆抗体细胞株ZING9,经三次克隆化,持续培养,分泌抗体稳定。
ELISA间接法粗测zMG9上清效价为1:512—1024,腹水中单抗的效价为1:1,321,072。
Westernblot鉴定原核部分SNCl9ORF-GST融合蛋白条带为58kda左右,与抗GST抗体检测到的条带一致。
全长SNCl9ORF-GST融合蛋白的条带大小为1lOkda左右,与预测大小一致。
正常大肠黏膜及肠癌组织中SNCl9蛋白条带位于95kda左右,与SNCl9蛋白理论
、
预测值一致。
\I
,
3.SNCl9蛋白结构预测和功能分析;
/利用人工神经网络方法预测二级结构,Kyte&Ooolittle方法及Janin方L
法进行疏水性分析,HiddenMarkovModel进行蛋白跨膜区预测,Swiss—Drot数据库进行同源性比较,并寻找功能区段。
结果发现SNCl9蛋白中含有丰富无规卷曲区域(61.5204,526/855),极少的a螺旋结构(7.0%,60/855),且主要集中在氨基端,疏水性分析及跨膜区预测显示56—77段为跨膜区。
SNCl9蛋白与小鼠丝氨酸蛋白酶epithin同源性为86%,是由两段重复的CUB区,四个重复的低密度脂蛋白受体区LDLR及丝氨酸蛋白酶特征区组成,在cUB区前还存在一个跨膜区和较短的胞内区,符合II型跨膜丝氨酸蛋白酶的结构特征,其结构
、
上的特点显示该蛋白与细胞表面发生的蛋白水解有关≯
,
3
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4.SNCl9及其相关蛋白BAI-1在一些正常及肿瘤组织中表达分布的研究;
jl应用RT-PCR方法进行SNCl9在正常大肠黏膜和肿瘤组织的RNA水平表达的\
检测。
应用免疫组织化学方法研究正常与肿瘤组织中SNCl9蛋白的表达分布情况。
同时研究SNCl9蛋白与其相关蛋白HAl—1蛋白在组织表达中的关系。
RNA水平上,39例正常大肠黏膜及相应肿瘤组织中均有SNCl9mRNA表达,正常黏膜组的SNCl9mRNA表达水平要高于肿瘤组,结果有显著性差异。
表达水平高低与各个临床指标无明显关系。
在蛋白水平,发现SNCl9蛋白主要分布在消化道表面上皮,而腺体上皮表达较弱,间质细胞为阴性。
在小肠绒毛可观察到从底部到顶部染色逐渐增强的现象。
各种上皮组织和相应的恶性肿瘤组织中的可见到SNCl9蛋白的不同程度的表达,以消化道表面上皮,胆管上皮,子宫内膜上皮,唾液腺导管上皮等管道上皮表达最高{肝,胰,肺,肾,乳腺等有一定的表达:复层鳞状上皮,消化道腺上皮和脑,淋巴结,软骨,肌肉等间皮组织及问质细胞无表达。
在各种肿瘤组织中SNCl9蛋白表达程度不一,可从阴性到强阳性表达。
在53例大肠癌和37例胃癌中,高分化肠癌中SNCl9蛋白表达阳性率为74.2%(23/31),中分化肠癌中SNCl9蛋白表达阳性率为57.1%(8/14),低分化肠癌中SNCl9蛋白表达阳性率为12.5%(1/8):高分化胃癌中SNCl9蛋白表达阳性率为77.8%(7/9),中分化胃癌中SNCl9蛋白表达阳性率为50%(5/10),低分化胃癌中SNCl9蛋白表达阳性率为22.2%(4/18)。
统计分析显示有显著性差异P<O.Ol。
SNCl9蛋白表达在胃肠肿瘤分期和淋巴结转移情况中无显著性差异。
SNC|9和BAI一1的正常与肿瘤组织表达谱基本相同,在正常消化道上皮中,HAI—l蛋白表达分布情况与SNCl9蛋白一致。
在一例正常肠腺腺体与轻度不典型增生交界处,正常肠腺腺体SNCl9和HAI一1表达阴性,轻度不典型增生处为阳性,两者在表达阴阳性的分界完全一致。
在34例大肠正常黏膜表面上皮中SNCl9和HAl一1的表达相关系数为0.744,P值<0.Ol。
在5l例大肠癌和37例
、
胃癌中相关系数分别为0.605和0.363。
吣
√
5.¥NCl9基因突变情况的研究。
4
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/按SNCl9基因组DNA序列,设计19对PCR引物,其PCR产物包括所有的19t
个外显子序列在内。
分别用大肠正常黏膜组织和大肠癌组织提取的基因组DNA作为模板,进行PCR扩增,得到19个对应19个外显子序列的PCR产物。
将PCR产物电泳分离割胶回收,用PCR引物作为测序引物,分别进行DNA测序,比较正常黏膜组织和大肠癌组织及人类基因组计划的基因组资料I1号染色体的基因图谱中SNCl9/STl4基因组序列,研究其外显子突变情况。
除第一对引物测序结果不佳外,2—19对引物测序结果中,大肠正常黏膜组织和大肠癌组织基因组DNA及人类基因组计划的基因组资料1l号染色体的基因图谱中SNCl9/STl4基因组序列之间未发现有差异。
综上所述,我们成功地原核表达了sNcl9基因cDNA的部分ORF,并获得纯化的SNCl9-GST融合蛋白;成功制各抗SNCl9单克隆抗体ZMG9,有较高的特异性和敏感性。
用生物信息学方法发现SNCl9蛋白是一种新的II型跨膜丝氨酸蛋白酶,其结构上的特点显示该蛋白与细胞表面发生的蛋白水解有关。
在大肠正常黏膜组织与大肠癌组织中的未发现有SNCl9基因突变。
在表达情况的研究中发现SNCl9蛋白在正常消化道及一些管道上皮中高表达,在消化道腺体上皮中低表达;在间皮组织和复层鳞状上皮及间质细胞中无表达。
SNCl9蛋白主要分布在消化道表面上皮,集中在靠近基底膜的细胞浆内和靠近邻近细胞的两侧细胞膜上:在小肠绒毛可观察到从底部到顶部染色逐渐增强的现象,与消化道表面上皮的松解脱落有关。
SNCl9主要表达在消化道表面成熟上皮,在胃和大肠癌中表达与促分化有关,可以作为一种分化指标。
SNCl9和mI—l的正常与肿瘤组织表达谱基本相同;正常消化道上皮中分布情况一致;上皮细胞内分布情况一致;在上皮中表达有较高的相关性;在正常腺体与不典型增生过渡之间,两者表达一致。
说明HAl一1是SNCl9的伴侣蛋白。
与uPA和MMP不同,SNCl9和|IAI—1只表达在上皮组织,而在间质细胞中无表达,结合蛋白结构上的特点,两者可能是一种新的细胞膜表面蛋白水解酶系统的成员。
SNCl9和ttAI一1在肿瘤组织中表达相关系数较正常组织下降,显示SNCl9和HAI一1之间的平衡的破
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坏可能与肿瘤发生发展有关。
但是,由于时间和条件所限,我们未能得到SNCl9活性蛋白,未能对SNCl9蛋白的功能作直接的研究。
SNCl9蛋白与其他ECM的降解的蛋白酶如金属蛋白酶系统等关系和相互作用还不清楚,其本身的双链活性形式和单链酶原形式及糖基化的存在及作用和调控也尚不清楚。
在临床上尚未找到有关肿瘤转移的直接证据,还需扩大病例,并与生存率结合,研究SNCl9蛋白与肿瘤转移的关系。
研究丝氨酸蛋白酶SNCl9的功能和调控对了解肿瘤转移的机制,防治肿瘤转移
、
中有重要的临床意义。
、L
i
结论:
1.原核表达SNCl9基因cDNA的部分ORF成功,并获得纯化的SNCl9一GST融合蛋白。
2.成功制备抗SNCl9单克隆抗体ZMG9,有较高的特异性和敏感性。
3.SNCl9蛋白是一种新的II型跨膜丝氨酸蛋白酶,其结构上的特点显示该蛋白与细胞表面发生的蛋白水解有关。
4.在大肠正常黏膜组织与大肠癌组织中的未发现有SNCl9基因突变。
5.SNCl9蛋白与消化道上皮细胞松解脱落有关。
6.SNCl9蛋白与促分化有关,可以作为一种分化指标。
7.SNCl9蛋白与HAI一1蛋白存在共表达现象,可能是一种新的细胞膜表面蛋白水解酶系统的成员。
8SNCl9和HAl—l之间的平衡的破坏可能与肿瘤发生发展有关。
/
【本文台0新点:
~
I.结合生物信息学和新丝氨酸蛋白酶SNCl9在消化道上皮的特殊分布,首次提出其与消化道上皮细胞松解脱落有关。
2.首次发现SNCl9蛋白与促分化有关,可以作为一种分化指标。
3.证实SNCl9蛋白与HAI~l蛋白存在共表达现象,首次提出两者可能是一种新
、
的细胞膜表面蛋白水解酶系统的成员。
√
/
6
————。
一塑望盔堂堕圭兰堡堡苎
关gtig,丝氨酸蛋白酶,。
sNcl9(STl4)基因,}iAI一1蛋白7蛋白表达纯化,单克隆抗体制各,Westernblot,生物信息学?II型跨膜丝氨酸蛋白酶y免疫组织化学,蛋白表达,肿瘤转移,分化,上皮脱落,ECM降解,细胞膜表面蛋白。
水解酶o
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CharacterizationofanovelserineproteaseexpressedbySNCl9(STl4)geneinhumantissues
Abstract
Tumorinvasionandmetastasisarethemainlycauseofcancer.relateddeath.Cancermetastasisresultsfromseveralinterdependentprocesses.Theseinclude:1)detachmentofcancercellfromtheiroriginallocalizationandcancercellmigration.2)InvasionofCanCercellintothesurroundingtissue,requiringadhesiontoandsubsequentdegradationofextracellularmatrix(BCM)components.3)Accessof
cancercelltobloodandlymphaticvessels.4)Adhesiontoandinvasion
throulghtheendothelium,allowingcolonizationatdistantsitesintheorganism.Theextracellularmatrix(ECM),includingthebasementmembraneandinterstitialstroma,arecomposedofcollagens,glycoproteins(suchasfibronectin,laminin,andentactin/nidogen),proteoglycans,andglycosaminoglycans.Degradationofextracellularmatrix(ECM)andcellularmigrationaretwoprominentstepsoftumor
Metastasis.Matrix。
degradingproteases,includingthe
plasminogenactivator—plasminsystemofserineproteases,MMP一2andMMP一9ofthematrixmetalloprotease(MMP)family,andcathepsinsB(acysteineprotease)andD(anasparticprotease),havebeenimplicatedintumorcellinvasion.DegradationoftheECMOCGHrsincloseproximitytothecellsurface,andthatmatrix—degradingproteasesmastbelocalizedonthecellsurfacetoperformtheirfunctions.SNCl9/STl4genewasfirstlyclonedbysubtractivehybridizationmethodbetweennormalmucosacDNAandcolorectalcancertissuemRNA.Weobtained46positiveclonesfromnormalmucosalcDNAlibraryThesequencedatarevealedthatoneoftheseclones,namedSNC19,encodesanovelhumangene.AccessionnumberHSU20428wasgivenbyNCBI
R
genebankin1995,andwasnamedbyGeneNomenclatureCommitteeas
ST14(suppressionoftumorigenicityI4)in1998.Thedatafromhuman
genomeproject(HGP)showsthatSNCl9/STl4genecontains19exons
and18intronsthatspan50420bp.Thefull—lengtheDNAis3142bp,and
encodesan855aminoprotein,whichcontainsaserineproteasedomain.
LinC.Yetalfoundaprotease,whichwaspurifiedfromT-47Dbreast
cancercells,hasthesamesequenceofSNC19.Hecallsthisproteaseas
Matriptasebecauseithasmatrix·degradingfunction.Takeuchietalalso
foundthisproteaseathumanPC-3prostatescancertumorsatsametime
andnamedthisproteaseasmembrane-typeserineprotease1(MT-SPI).It
canactivateurokinaseplasminogenactivator(uPA)andhepatocytegrowth
factor(HGF),suggestingitsassociationwithtissueremodeling,cancer
invasion,andmetastasis.
通墨_曩强j遵I曩;{
Hepatocytegrowthfactoractivatorinhibitortype1(HAl一1)was
initiallyidentifiedasapotentinhibitorofhepatocytegrowthfactor(HGF)
activatorfromtheconditionedmediumofahumanstomachcarcinomacell
lineItisaKunitz-typeserineproteaseinhibitorandcaninhibitMatriptase
(SNC19)’Scleavageactivity.Aproteincomplexfromhumanmilkcontains
MatriptaseandHAl-1.
TostudythestructureandfunctionoftheproteinencodedbySNC19
(STl4),wemakethisstudy:1)expressionofSNCl9geneORFinEcoli
andpurificationoftheGSTfusionprotein.2)Preparationofthe
monoclonalantibodyagainstSNC19proteinandconfirmedbywesternbolt
3)AnalysisstructureofSNC19proteinandpredictitsfunctionusing
bioinformaticsmethods.4)CharacterizationofSNC19proteinandits
relatedproteinHAl-1expressioninhumannormalandtumortissues.5)
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DetectedthepotentialmutationinSNC19genebetweennormalcolorectatissuesandcolorectalcancertissues
11ExpressionofSNCl9geneORFinE.coliandpurificationoftheGSTfusionprotein:
ToobtainenoughamountofSNCl9proteinforfurtherstudies,SNCl9genepart—lengthORF,amplifiedbyPCR,wasclonedintoexpressionvectorpGEX一4T-2,andthenexpressedinE.coli.BamH1andNotIrestrictionanalysisandDNAsequencingshowedtheSNC19part·lengthORF/pGEX-4T一2recombinantplasmidwasconstructedsuccessfullywithcorrectsequence.SDS—PAGEindicatedthatSNC19-GSTfusionproteinwasexpressedinE.cobasexpectedat58kda.Thefusionprotein.waspurifiedbySDS-PAGEelectrophoresis.About5.5mgSNC19-GSTfusionproteinwasobtained
2)PreparationofthemonoelonaiantibodyagainstSNCl9proteinandconfirmedbywesternbolt
TopreparethemonoclonalantibodyagainstSNC19protein,BALB/CmicewereimmunizedwiththepurifiedSNC19-GSTfusionprotein.OnecellstrainZMG9wasscreenedoutusingSNC19-GSTfusionprotein,GSTproteinandE.coilbacterialysatesandwasobtainedbyhybridomatechnique.Westernboltconfirmedthattheantibodyspecificallyrecognized58kdaSNCl9part—lengthORF—GSTfusionproteininthetransformedE.colilysatesusinganti-GSTmonoclonalantibodyatthesametimeWesternboltalsoconfirmedthattheantibodyspecificallyrecognized110kdaSNC19full-lengthORF·GSTfusionproteinthatwasofferedbyShiYing.ThetotalproteinsextractedfromnormaltissuesofcolonandthetumortissuesofcolorectalcancerwerealsodetectedSNC19
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proteinbyWesternbolt.
31StructureanalysisandfunctionpredictionofSNCl9protein:
neural-networksmethodpredictedtheSecondarystructureofSNC19protein;Kyte&DoolittleMethodandJaninMethodanalyzeditshydrophobicfeature.HiddenMarkovModelpredictedtransmembranesegmentofthisprotein.AminoacidsequenceswerescannedagainstPROSITE,SWISS-PROTandPDBtoanalysisthefunctionofSNC19protein.Therearemorecoils(61.52%。
526/855)andfewera—helices(7.O%,60/855)whichareconcentratedatN-terminalmainlyinSNC19protein.Thetransmembranesegmentlocalizedwithin55-77aminoacids.SNC19proteinshowsextremelyhighhomology(86%)withanovelmouseserineproteaseepithin,andhastwoCUBdomainsandfourLDLRdomainsandaserineproteasedomain.SNC19proteinbelongstoanewclassofcellsurfaceproteolysisenzymes,thetypeIItransmembraneserineproteases(TTSPs).ItsstructureimpliedthatSNC19proteininvolvedinproteolysisactivitiesateellsurface
4、CharacterizationofSNCl9proteinanditsrelatedproteinHAl·1expressioninhumannormalandtumortissues:
RT—PCRmethodwasappliedtoanalyzetheSNC19geneexpressioninbothcancerousandnormalcolorectaltissues.Inourstudy,theexpressionofSNCl9incolorectalcancertissueswassignificantlylowerthanthatinnormaltissue(P<O.05).NosignificantrelationshipwasobservedbetweenthelevelofSNC19expressionandDukes’stagingofcolorectalcancer,aswellastheregionallymphnodemetastasis.WefoundtheexpressionofSNC19proteininthesurfaceepitheliallayerofnormalgastrointestinaltract
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.,&●;
tissuesbyimmunohistochemistry.WedetectedSNCl9proteinexpressed
mainlyinthesuperficialofthecolonepithelia.Weakpositivestaining
signalcouldbedetectedincryptepithelialcellandnegetivestainingin
stroma[cell.Intheepitheliallayerofthesmallintestinaluppervilli,we
foundstrongerpositivestainingofSNC19proteinthantheotherpartof
viiii.IntheepithelialcelltheSNCl9proteinwaslocalizedexclusivelyon
thebasolateralsideandmembraneborder.Theprominentexpressionof
SNCl9inthenormalsurfaceepitheliallayerofgastrointestinaltract,
wherematurecellsarelooselyattachedtothebasementmembraneand
shedintothelumen,impliedSNC19mightbeinvolvedincelllooseness
andepithelialturnover.Of52colorectalcancertest,32(61.53%)were
positiveforSNC19andhavesignificantdifferencebetweenhistological
grade:74.2%(23/31)inwelldifferentiated,57.1%(8/14)inmoderateand
12.5%(1/8)inpoor(P<0.01).itwasalsofoundin37gastriccancer,
38.9%(14136)positiveintotal,77.8%(7/9)inwelldifferentiated,50%
(5/10)inmoderateand118%(2/17)inpoorrP<0.01).Thereareno
significantdifferencewasfoundbetweencolorectalcancer58.6%(18/31).
gastriccancer385%(10/26).withlymphnodemetastasisandcolorectal
cancer66.7%(14/21).gastriccancer44.4%(4/9)withnolymphnode
metastasis.SNC19proteinandHAI-1proteinhavethesameexpression
patterninmanynormaltissues,areexpressedbytheepithelialcomponent
ofthetissue,andnotbystromalelements,waslocalizedexclusivelyonthe
basolateralsideandmembraneborder.Butintumortissues,the
co—expressionisdecrease.HAl-1maybethepartnerproteinofSNCl9.
51DetectedthepotentialmutationinSNCl9genebetweennormal
colorectaltissuesandcoloreetalcancertissnes:
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WeusePCR-DNAsequencingtodetectpotentialmutationinSNC19genebetweennormalcolorectaltissuesandcotorectalcancertissues.Asresults,wefoundnomutationin2-19exonsDNAsequencebetween4casesnormalcolorectaltissuesandcolorectalcancertissues,accordwiththegenemapof11chromosomeofthedatafromhumangenomeproject(HGP).
WeexpressedSNC19geneORFinE.coilandpurificatedoftheGSTfusionproteinandpreparatedthemonoclonalantibodyagainstSNCl9proteinsuccessfully.WealsoanalyzedtheStructureofSNC19proteinandpredictedfunctionofit.UsingRT-PCRmethodand
immunohistochemistry.westudythecharacterizationofSNC19proteinanditsrelatedproteinHAl-1expressioninhumannormalandtumortissues.Finally,wedetectedthepotentialmutationinSNCl9genebetweennormalcolorectaltissuesandcolorectalcancertissues.Inthiswork,wefound:
1)TheprominentexpressionofSNCl9inthenormalsurfaceepitheliallayerofgastrointestinaltract,andthefactthatitwaslocalizedexclusively
thebasolateralsideandmembraneborder,andit’sproteinStructureon
impliedSNCt9mightbeinvolvedincellloosenessandepithelialturnover2)ThehighexpressionofSNC19inwell—differentiatedgastrointestjnalcancerandnormalmaturecellindicatedSNCl9mightbeamarkerofdifferentiation.
3)SNCl9proteinandHAl一1proteinhavethesameexpressionpatterninmanynormaltissues,areexpressedbytheepithelialcomponentofthetissue,andnotbystromalelements,waslocalizedexclusivelyonthebasolateralsideandmembraneborder.SNCl9proteinandHAl-1protein
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f_
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maybetwomemberofanewCellsurfaceproteolysisproteasesystem.
Keywords:serineprotein;SNCl9(STl4)gene;HAl—1protein;proteinexpressionandpurification;monoclonalantibodypreparation;immunochemicalstaining;westernblot;proteincharacterization:
tumormetastasis;DegradationoftheECM;differentiation
typeII
transmembraneserineproteasesCellsurface
proteolysis
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前言
恶性肿瘤是严重危害人类健康的疾病之一,近年来随着生活水平的提高,社会老龄化的发展,恶性肿瘤的发病率和死亡率都呈明显升高趋势。
随着医疗水平的提高,恶性肿瘤的治疗取得了很大的进展,但是,转移和复发是肿瘤治疗失败的最主要原因。
目前认为恶性肿瘤的发生发展是多阶段的过程,从正常细胞、癌前病变、原位癌到恶性肿瘤的侵袭和转移,在此过程中,细胞内发生了许多分子水平的变化,最终导致形态上明显可见的表型改变。
肿瘤转移是恶性肿瘤最重要的特征之一,也是一个多阶段的、序贯连续的复杂过程,大致分为几个阶段:l,肿瘤细胞脱离原发瘤;2,肿瘤细胞穿过基底膜,发生组织浸润,并进入血管或淋巴管;3,在血管或淋巴管中转运、黏附和侵入靶组织;4,在靶组织生长、血管增生、形成转移灶。
每个阶段均受不同的基因调控,或被激活,或被抑制,相互协同或拮抗,最终影响肿瘤细胞的生物学特性“1。
这是肿瘤细胞和宿主双方相互作用的结果,一方是由于肿瘤细胞自身的特性即其具有能顺利通过上述几个阶段能力,另一方是宿主的免疫防御机制对肿瘤细胞的选择。
事实上在同一癌肿组织中具有多种不同性质的肿瘤细胞,只有很小的一部分具有高转移能力的肿瘤细胞才能完成转移过程。
这些具有高转移能力的肿瘤细胞在基因水平和蛋白水平都具有其特殊之处。
这个复杂过程涉及到很多基因和蛋白的调控。
目前所知的转移相关基因和蛋白包括EGF、VEGF、AMF、TGF、uPA、MMPs/TIMPs、S1eX、S1eA、CD44及maspii"1、OPN等。
研究高转移肿瘤细胞中特有基因和蛋白功能及其作用机制是目前的研究热点之一。
关于大肠癌的发生过程,一般认为是大肠黏膜腺体底部生发中心的干细胞生长失调,处于高增生状态,进而发展成为腺瘤,并由腺瘤进一步演变为癌。
这就是大肠癌发生的腺瘤一癌演变学说。
也有人认为有部分癌是由生发中心的干细胞直接演变为癌而不经过腺瘤阶段。
在大肠癌发生发展和转移过程中,现已明确包括癌基因、抑癌基因、错配修复基因,去甲基化等多种因素以不同的机
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制在不同阶段影响肿瘤的发生与进展。
大肠癌的浸润转移符合肿瘤浸润转移的基本规律,但在大肠癌的远处转移中,肝转移发生率高达5096。
肝转移的高发率,除类同其他肝转移的机制外,是否存在肿瘤类别特异性还不清楚。
其生物学过程十分复杂,包括癌细胞所分泌的蛋白对细胞外基质的降解,经静脉回流至肝脏后,可能通过特异的受体和配体使大肠癌细胞较其它消化道肿瘤更易在肝脏发生停留和黏附。
大肠癌在转移上的特殊性决定其可能在转移的基因调控也有其特点,但确切的发生机理至今仍不甚清楚。
细胞外基质ECM包括基底膜和间隙间质,主要是由胶原(有14型),糖蛋白和蛋白多糖等一些物质组成,具有维持细胞组织形态的作用,是细胞间相互作用的重要场所“1。
ECM的降解与机体发育过程中细胞的迁移,脱落,炎症过程中免疫细胞的游走,以及一些重要的生理过程有关,是机体内部重要的生理调节方式。
在肿瘤细胞的浸润和转移过程中,肿瘤细胞必须首先要通过ECM的降解,才能发生肿瘤细胞的浸润和迁移,并转移到他处。
因此,肿瘤浸润和转移与ECM的降解有极其重要关系”1。
研究发现,EcM的降解与多种蛋白酶有关,其中包括丝氨酸蛋白酶家族中的纤维蛋白溶酶原和纤维蛋白溶酶系统,金属蛋白酶系统中的姗P一2和姗P一9(metalloproteinases),组织蛋白酶B,组织蛋白酶D,以及其他一些蛋白水解酶如透明质酸酶,胶原酶等。
EcM的降解受到多种酶系统如uPA一纤维蛋白溶酶系统,金属蛋白酶系统的调控“1。
但是,EcM的降解过程和酶的调控过程尚不清楚,有待进一步研究。
SNCl9(STl4)基因是我所应用减数杂交技术筛选出的大肠癌新相关基因之一””。
通过制备正常肠粘膜eDNA减同一个体癌组织的mRNA的减式eDNA探针,从正常大肠cDNA文库中筛选出68个阳性克隆,经过序列分析,与Genbank所收录的基因序列比对,发现68个阳性克隆来自46个不同的基因。
SNCl9基因是其中同源性很低的基因之一,在1995年被Genbank作为新基因录入,并给予登录检索号HSU20418。
1998年国际基因命名委员会命名SNCl9为
STl4(suppressionoftumorigenicity14)基因。
研究表明,SNCl9基因的
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浙江大学博士学位论文
基因组DNA全长为50420bp,共有19个外显子及18个内含子,荧光原位杂交结果显示,该基因定位于1lq24~25区。
SNCl9/STl4基因cDNA全长为3142bp,ORF编码855个氨基酸。
在人类基因组计划的基因组资料11号染色体的基因图谱中已将SNCl9/STl4基因收录。
根据SNCl9基因编码的氨基酸序列分析发现,SNCl9基因编码蛋白序列内含胰蛋白酶样功能区,与一新的4、鼠丝氢酸蛋白酶epithin同源性较高.是一种新的人类丝氨酸蛋白酶。
在国外的~些实验室先后通过不同途径发现了与SNCl9基因序列一致的蛋白,并各自命名。
美国的LinC.Y等在人的一种乳腺癌细胞系的培养液中分离到一种新的丝氨酸蛋白酶,经氨基酸序列分析,Genbank基因序列比对,证实与SNCl9基因相同“1。
1999年,他们发现这种丝氨酸蛋白酶具有降解细胞外基质的作用,将其称为Matriptase。
1。
美国的Takeuchi等在人前列腺癌细胞中发现并命名为
membrane—typeserineprotease1(MT—SPI)…1。
在研究中发现,Matriptase具有降解细胞外基质的作用,并能激活uPA前体及HGF/SF前体“”。
肿瘤的浸润和转移离不开细胞外基质的降解和细胞的迁移。
Matriptase可能是通过激活uPA及HGF/sF,以及自身的降解ECM的作用来影响肿瘤细胞的生长和转移。
肝细胞生长因子激动子抑制因子HAl一I(hepatocytegrowthfactor
activatorinhibitot),1997年首先在胃癌细胞系MKN45的无血清培养基中分离、纯化并鉴定,为一类新的Kunitz型丝氨酸蛋白酶抑制因子,可特异性地抑制HGFA(hepatocytegrowthfactoractivator,HGFA)激活ItGF(hepatocytegrowthfactor,HGF)/散射因子(scatteredfactor,SF)前体““,在肿瘤的形成、肿瘤细胞的浸润和转移、分化及肿瘤血管形成过程中可能有重要调节作用。
其与Matriptase在生理条件下在人乳中以复合蛋白的形式存在,并能抑制Matriptase降解细胞外基质EcM功能。
为进~步研究SNCl9(STl4)蛋白的功能,以及其在肿瘤转移中的可能作用,本实验在核酸水平的研究基础上设计:l,将SNC]9(STl4)基因克隆到原核表达质粒,表达纯化SNCl9(STl4)一GST融合蛋白;2,用SNCl9(STl4)-GST融合蛋白
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浙江大学博士学位论文
免疫小鼠,按杂交瘤技术制备SNCl9(8T14)蛋白单克隆抗体;3,利用生物信息学方法进行SNCl9(STl4)蛋白的结构预测和功能分析:4,在mRNA水平用RT-PCR的方法研究在正常大肠黏膜及相应肿瘤组织中表达;在蛋白水平应用免疫组织化学方法研究正常消化道与相应肿瘤组织表达分布情况,并研究在其他肿瘤中表达的情况,同时研究SNCl9蛋白与其相关蛋白}{AI—l蛋白在组织表达中的关系;5,用PCR—DNA序列分析的方法比较正常大肠黏膜及相应肿瘤组织中
SNCl9(STl4)基因组DNA外显子序列的差异分析SNCl9(STl4)基因突变情况。
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第一部分¥NCl9原棱表达质粒的构建及融合蛋白的表达
摘要。
目的:原核表达SNCl9基因cDNA的部分ORF,获得纯化SNCl9-GST融合蛋白。
方法:将部分SNCl9基因cDNAORF经PCR扩增和亚克隆,与GST融合蛋白原核表达载体pGEX4T2重组构建SNCl9cDNA/pGEX4T2表达质粒。
将SNCl9cDNA/pGEX4T2袭达质粒转化E.coliP2392细菌,以IPTG诱导表达SNCl9-GST融合蛋白。
用制备型的SDS—PAGE割胶、电洗脱回收纯化SNCl9一GST融合蛋白。
结果:PCR扩增SNCl9基因cDNA的部分ORF结果为900bp,经DNA测序证实。
BamHI和NotI酶双酶切证实SNCl9cDNAORF正确克隆在pGEX4T2多克隆位点。
SDS-PAGE凝胶电泳证实IPTG诱导表达SNCl9-GST融合蛋白,大小为58kda。
SNCl9一GST融合蛋白主要表达在诱导表达菌沉淀,用制备型的SDS—PAGE割胶、电洗脱回收纯化SNCl9-GST融合蛋白。
以浓度梯度标准BSA测定回收融合蛋白浓度,共制备融合蛋白抗原约5.5mg。
结论:SNCl9基因cBNA的部分ORF原核表达成功,并获得纯化的SNCl9一GST融合蛋白。
SNCl9基因c/)NA全长为3142bp,本实验将SNCl9基因cDNA的部分ORF克隆到原核表达载体pGEX4T2中,构建了SNCl9基因基因的原核表达质粒,并转化E.coli菌高效表达,用制备型的SDS—PAGE割胶、电洗脱回收¥NCl9一GST融合蛋白,以SDS—PAGE鉴定回收的融合蛋白;SNCl9基因原核表达系统的建立及SNCl9一GST融合蛋白的成功表达和回收,为制备抗SNCl9蛋白单克隆抗体、建立SNCl9蛋白的检测系统,进一步从蛋白质水平研究SNCl9的表达创造条件。
一、材料和方法:
1,材料:
1.1质粒和菌株t
亚克隆载体pGEM-TEasy质粒(Promega公司),GST融合蛋白原核表达载
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体pGEX一4T一2(Pharmacia公司),大肠杆菌菌株P2392(浙江大学肿瘤研究所保存),Tca8113细胞系(浙江大学肿瘤研究所保存)。
I.2主要试剂;
1.2.1分子亚克隆所用试剂
PCR引物(上海生工生物工程公司),PCR扩增试剂盒(Promega公司),逆转录酶(AMV)(Promega公司),oligo(dt)(Promega公司),DNA测序引物(上海生工生物工程公司),DNA测序试剂盒(PE公司),T4DNA连接酶(Promega公司),BamHI酶(GibcoBRL公司),NotI酶(OibcoBRL公司),DNA回收试剂盒(Promega公司),琼脂糖(agarose)(上海生工生物工程公司),溴化乙锭(EB)(Sigma公司),^DNA/HindDNAMarker(Promega公司),DL2000DNAMarker(大连宝生物工程公司)
1.2.2细菌培养试剂
大肠杆菌菌株P2392(浙江大学肿瘤研究所保存),胰化蛋白胨(bacto—typtone)(英国OXOID公司),酵母提取物(bacto—yeastextract)(英国OXOID公司),IPTG(异丙基硫代一B—D一半乳糖苷)(BBI公司)
1.2.3SDS-PAGE电泳试剂
SDS(十二烷基硫酸钠),甲醇,冰乙酸,甘氨酸,Tris(三羟甲基氨基甲烷),7,--胺四乙酸(EDTA)(均为上海生工生物工程公司),无水乙醇(杭州长征化工厂),磷酸氢二钠,磷酸二氢钾(上海新华化工厂),吐温20(华美生物工程公司),丙烯酰胺(上海生工生物工程公司进口分装),N。
_亚甲双丙烯酰胺(上海生工生物工程公司进口分装),二硫苏糖醇(DTT)(上海生工生物工程公司),蛋白分子量标准(上海生工生物工程公司),小牛血清白蛋白(BSA)(NEWENGLAND公司),其它常用试剂如氯化钠、碳酸氢钠、氢氧化钠等系宁波化学试剂厂等生产的国产试剂,分析纯级。
1.3主要实验设备
2l
超净工作台(苏州净化设备公司),细菌恒温摇床(OrbitalShaker)(FormaScientific公司),wGP一300细菌培养箱(重庆四达实验仪器厂),微量移液器(Gilison),BiofugepiCO台式离心机(Heraeus),Biofuge28S低温高速离心机(Heraeus),恒温水浴箱(DK一8D型)(上海医用恒温设备厂),恒温水浴箱(RTE一111)(NESLABInstrumentsInc.)MP200A电子天平(上海第二天平衡器厂),AE2601/1000电子天平(Metler),雪花状制冰机(美国RossTemp),TY—B型多用脱色摇床(上海市新波无线电厂),78HW-1型恒温磁力搅拌器(杭州仪表厂),GeneQuantII紫外分光光度计(PharmaeiaBiotech),水平、垂直电泳仪和电转移仪(Bio—Rad公司),真空冷冻干燥仪SavantModulyo(SAVANT公司),制冰机(RossTemp公司),70"C烤箱(Heraeus),45℃烤箱(Heraeus),一80"C冰箱(Sanyo),Mil卜Q50纯水器(Milipore),4"C层析柜(Nature公司),凝胶图象分析系统KaiserKSI(AlphaInnotech公司),TH2一C恒温振荡器(江苏太仓实验设备厂),PCR仪GeneAmpPCRSystem9600(PE公司),DNA测序仪ABI377DNASequencer(PE公司)。
1.4实验试剂的配制
1.4.1LB培养基
LB液体培养基:10克蛋白胨,5克酵母提取物,lO克NaCI,溶于1000ml水中,用NaOH调PH至70,15磅20min,高温湿热灭菌。
LB固体培养基:在配制好的LB液体培养基中,按每升LB加入15克琼脂,15磅20min,高温湿热灭菌,冷却后加入终浓度为50ug/ml的氨苄青霉素,铺平皿。
1.4.2感受态细菌制备液
TFBI溶液:30mMKAc,IOOmMKCI,15%甘油
TFBII溶液:75mMCaClz,IOmMKCI,15%甘油
1.4.3质粒DNA的提取用渡
溶液I:50mMGlucose:259anTris—HCI,pH8.0:lOMmedta,pH8.0
22。