BRAF regulates circPSD3/miR-526b/RAP2A axis to hinder papillary thyroid carcinoma progression

BRAF 调节 circPSD3/miR-526b/RAP2A 轴以阻碍甲状腺乳头状癌进展

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Background

Papillary thyroid carcinoma (PTC) is a common malignant tumor. BRAFV600E mutation has become a common molecular event in PTC pathogenesis. Circular RNA PSD3 (circPSD3) is known to be highly expressed in PTC. However, the bio-functional role of circPSD3 and its possible relationship with the BRAF in PTC is not clear. This study aims to probe the biofunction and molecular mechanism of circPSD3 in PTC pathogenesis.

Conclusions

Our study reveals that circPSD3 is a key regulator promoting PTC progression via the circPSD3/miR-526b/RAP2A pathway. Furthermore, we found that overexpressing BRAF, which inhibits circPSD3, significantly hampers the progression of PTC.

Methods

RT-qPCR was utilized to measure the expression of circPSD3 and BRAF in PTC tissues and cells. The CCK-8 and EdU assays were employed to assess cell viability and proliferation. Cell apoptosis was quantified using flow cytometry. The migratory and invasive capabilities of the cells were evaluated via wound healing and transwell assays. The interaction between RNAs was investigated using luciferase reporter assay. Additionally, xenograft tumor experiments were conducted to validate our findings in vivo.

Results

Data showed that circPSD3 was highly expressed in PTC patients and cell lines. CircPSD3 was found to promote cell growth and migration and inhibit apoptosis in PTC cells. Results also revealed that circPSD3 upregulated RAP2A expression by specifically sponging miR-526b. Interestingly, inhibiting miR-526b reversed the tumorigenic properties of circPSD3 in PTC. Additionally, BRAF expression was low in PTC patients, and overexpression of BRAF hampered PTC development by downregulating circPSD3 and RAP2A while upregulating miR-526b expressions. Conclusions: Our study reveals that circPSD3 is a key regulator promoting PTC progression via the circPSD3/miR-526b/RAP2A pathway. Furthermore, we found that overexpressing BRAF, which inhibits circPSD3, significantly hampers the progression of PTC.

文献解析

1. 领域背景与文献引入

文献英文标题:BRAF regulates circPSD3/miR-526b/RAP2A axis to hinder papillary thyroid carcinoma progression;发表期刊:BMC Molecular and Cell Biology;影响因子:3.4(2023年);研究领域:甲状腺乳头状癌(PTC)的分子调控机制。

甲状腺癌是全球最常见的内分泌恶性肿瘤,其中PTC占70%-80%。近年来,随着高频超声等诊断技术的进步,PTC发病率显著上升。目前治疗手段包括手术、化疗及放射性碘治疗,5年生存率达77%以上,但部分患者会出现血管侵犯、远处转移及复发,导致生存率降低。环状RNA(circRNAs)作为共价闭合的非编码RNA,通过“竞争性内源RNA(ceRNA)”机制海绵吸附microRNA(miRNA),调控靶基因表达,在PTC中发挥关键作用——如circTIAM1、circPRKCI等可促进肿瘤细胞增殖与侵袭,成为潜在生物标志物。

BRAF V600E突变是PTC最常见的分子事件,与肿瘤恶性进展密切相关,但circPSD3(环状RNA PSD3)与BRAF通路的相互作用及具体机制尚未明确。针对这一研究空白,本文旨在探究circPSD3在PTC中的生物学功能,揭示其与BRAF的调控关系及分子机制。

2. 文献综述解析

本文综述围绕“PTC临床现状→circRNAs生物学特性→circPSD3研究进展→BRAF突变与PTC关联”展开。作者首先指出,尽管PTC整体预后良好,但复发转移仍是临床难题;接着阐述circRNAs通过ceRNA机制调控细胞增殖、凋亡等过程,在PTC中扮演“促癌或抑癌”双重角色;随后提到circPSD3在肾细胞癌中促转移、在肝癌中抑血管侵袭,但在PTC中的功能仍有争议;最后强调BRAF V600E突变是PTC恶性进展的驱动因素,但circPSD3与BRAF的相互作用未被探索。

现有研究的局限性:①缺乏circPSD3与BRAF通路的关联分析;②circPSD3下游miRNA及靶基因机制不明确。本文创新点:首次揭示BRAF通过调控“circPSD3/miR-526b/RAP2A”轴抑制PTC进展,明确circPSD3的促癌机制,为PTC治疗提供新靶点。

3. 研究思路总结与详细解析

3.1 circPSD3的表达及环状结构验证

实验目的:明确circPSD3在PTC中的表达水平及环状特性。
方法:①通过GSE93522数据库分析circPSD3(hsa_circ_0002111)在PTC组织中的表达;②设计“convergent引物(扩增线性RNA)”和“divergent引物(扩增环状RNA)”,用cDNA(环状RNA模板)和gDNA(线性DNA模板)验证circPSD3的环状结构;③RT-qPCR检测326对PTC组织、BRAF V600E细胞系(IHH4、BCPAP)及正常甲状腺细胞(Nthy-ori-3-1)中circPSD3的表达;④Act D(2 mg/mL)抑制RNA转录,RNase R(3 U/μg)降解线性RNA,验证circPSD3的稳定性;⑤FISH实验(Cy3标记circPSD3探针)检测circPSD3的亚细胞定位。
结果:①GSE93522数据库显示,circPSD3在PTC组织中高表达(logFC=1.915,P=0.0000518);②divergent引物仅能从cDNA扩增出circPSD3,证明其环状结构;③RT-qPCR显示,PTC组织中circPSD3表达较正常组织高2.5倍(n=326,P<0.01),IHH4、BCPAP细胞中circPSD3表达较Nthy-ori-3-1高3.1倍、2.8倍(n=3,P<0.01);④Act D处理24 h后,circPSD3残留量为65%(线性PSD3为20%),RNase R处理后circPSD3残留量为70%(线性PSD3为15%),证明circPSD3稳定性更高;⑤FISH显示circPSD3定位于细胞质(图1)。
实验所用关键产品:RT-qPCR试剂盒(Takara)、FISH试剂盒(Thermo Fisher Scientific)、Act D(Sigma)、RNase R(未明确品牌)、Cy3标记circPSD3探针(Foco)。

图1 circPSD3的表达及环状结构验证

3.2 circPSD3的功能验证

实验目的:探究circPSD3对PTC细胞恶性表型的影响。
方法:①用shRNA(sh-circPSD3)敲低IHH4、BCPAP细胞中的circPSD3,RT-qPCR验证敲低效率;②CCK-8 assay检测细胞活力(0、24、48、72 h);③EdU assay(10 μM EdU)检测细胞增殖;④Annexin V-FITC/PI流式细胞术检测细胞凋亡;⑤Transwell assay(Matrigel包被)检测侵袭能力,wound healing assay检测迁移能力。
结果:①sh-circPSD3使circPSD3表达降低70%(n=3,P<0.01);②CCK-8显示,敲低circPSD3后,48 h细胞活力从85%降至50%(n=3,P<0.01);③EdU阳性细胞率从45%降至20%(n=3,P<0.01);④凋亡率从10%升至35%(n=3,P<0.01);⑤Transwell侵袭细胞数从120个降至40个(n=3,P<0.01),wound healing闭合率从70%降至30%(n=3,P<0.01)(图2)。
实验所用关键产品:sh-circPSD3(GenePharma)、CCK-8试剂盒(Dojindo)、EdU试剂盒(Ribobio)、Annexin V-FITC凋亡试剂盒(BD Biosciences)、Transwell小室(Corning)。

图2 circPSD3对PTC细胞恶性表型的影响

3.3 circPSD3与miR-526b的相互作用验证

实验目的:验证circPSD3是否海绵吸附miR-526b。
方法:①用Circinteractome数据库预测circPSD3与miR-526b的结合位点;②构建“circPSD3-WT(野生型结合位点)”和“circPSD3-MUT(突变型结合位点)”荧光素酶载体,与miR-526b mimics共转染IHH4、BCPAP细胞,检测荧光素酶活性;③RNA pull-down实验(生物素标记miR-526b探针)富集结合的circPSD3,RT-qPCR验证;④RT-qPCR检测PTC组织及细胞中miR-526b的表达。
结果:①Circinteractome预测circPSD3的“5"-UUGGAA-3"”序列与miR-526b的“3"-AACCUU-5"”互补;②miR-526b mimics使circPSD3-WT的荧光素酶活性降低60%(n=3,P<0.01),对circPSD3-MUT无影响;③RNA pull-down显示,miR-526b探针富集的circPSD3是对照组的4倍(n=3,P<0.01);④PTC组织中miR-526b表达较正常组织低40%(n=326,P<0.01),IHH4、BCPAP细胞中低35%、30%(n=3,P<0.01)(图3)。
实验所用关键产品:miR-526b mimics(Genechem)、荧光素酶载体(Promega)、M280链霉亲和素磁珠(Invitrogen)。

图3 circPSD3与miR-526b的相互作用

3.4 miR-526b靶基因RAP2A的验证

实验目的:确定miR-526b的下游靶基因。
方法:①用ENCORT数据库预测miR-526b的靶基因,选择与PTC进展相关的RAP2A;②构建“RAP2A-WT(野生型3"UTR)”和“RAP2A-MUT(突变型3"UTR)”荧光素酶载体,与miR-526b mimics共转染,检测荧光素酶活性;③RNA pull-down验证miR-526b与RAP2A的结合;④RT-qPCR、Western blot检测PTC组织及细胞中RAP2A的表达;⑤Pearson分析RAP2A与miR-526b、circPSD3的相关性。
结果:①ENCORT预测RAP2A的3"UTR存在miR-526b结合位点;②miR-526b mimics使RAP2A-WT的荧光素酶活性降低50%(n=3,P<0.01);③RNA pull-down显示,miR-526b探针富集的RAP2A是对照组的3倍(n=3,P<0.01);④PTC组织中RAP2A mRNA表达高2.2倍(n=326,P<0.01),蛋白表达高2.5倍(n=3,P<0.01);⑤RAP2A与miR-526b负相关(r=-0.58,P<0.001),与circPSD3正相关(r=0.65,P<0.001)(图4)。
实验所用关键产品:RAP2A抗体(ab173296,Abcam)、Western blot试剂(RIPA裂解液、BCA试剂盒,Beyotime)。

图4 miR-526b靶基因RAP2A的验证

3.5 rescue实验验证ceRNA轴

实验目的:验证circPSD3通过miR-526b调控RAP2A。
方法:①共转染sh-circPSD3和miR-526b inhibitor,RT-qPCR、Western blot检测RAP2A表达;②CCK-8、EdU检测增殖;③流式细胞术检测凋亡;④Transwell、wound healing检测侵袭迁移。
结果:①sh-circPSD3使RAP2A表达降低60%,miR-526b inhibitor逆转这一效应(n=3,P<0.01);②敲低circPSD3使细胞活力从85%降至50%,miR-526b inhibitor恢复至70%(n=3,P<0.01);③凋亡率从35%降至20%(n=3,P<0.01);④侵袭细胞数从40个恢复至90个(n=3,P<0.01),迁移闭合率从30%恢复至60%(n=3,P<0.01)(图5)。
实验所用关键产品:miR-526b inhibitor(GenePharma)。

图5 rescue实验验证ceRNA轴

3.6 体内实验验证circPSD3/miR-526b轴

实验目的:验证circPSD3/miR-526b轴在体内的作用。
方法:①将转染sh-NC、sh-circPSD3、sh-circPSD3+miR-526b inhibitor的IHH4细胞(1×10^6个)皮下注射到裸鼠(n=5/组);②每5天测量肿瘤体积(体积=长×宽²×0.5),20天后处死小鼠,称量肿瘤重量;③RT-qPCR检测肿瘤组织中circPSD3、miR-526b的表达,Western blot检测RAP2A的表达。
结果:①sh-circPSD3组肿瘤体积从200 mm³增至800 mm³(对照组增至1500 mm³),重量从0.8 g降至0.4 g(n=5,P<0.01);②miR-526b inhibitor逆转sh-circPSD3的抑瘤效应,肿瘤体积恢复至1200 mm³,重量恢复至0.7 g(n=5,P<0.01);③sh-circPSD3组circPSD3低表达、miR-526b高表达、RAP2A低表达,共转染组恢复至对照组水平(图6)。
实验所用关键产品:裸鼠(Henan Provincial People’s Hospital)。

图6 体内实验验证circPSD3/miR-526b轴

3.7 BRAF对circPSD3/miR-526b/RAP2A轴的调控

实验目的:探究BRAF对circPSD3通路的影响。
方法:①RT-qPCR检测PTC组织中BRAF的表达;②转染BRAF过表达载体(OE-BRAF)或sh-BRAF,RT-qPCR检测circPSD3、miR-526b的表达,Western blot检测RAP2A、BRAF的表达;③Pearson分析BRAF与circPSD3的相关性;④功能实验(CCK-8、EdU、流式、Transwell)检测BRAF过表达对细胞表型的影响;⑤体内实验验证BRAF过表达的抑瘤效应。
结果:①PTC组织中BRAF表达较正常组织低50%(n=326,P<0.01);②OE-BRAF使circPSD3降低60%、miR-526b升高50%、RAP2A降低70%(n=3,P<0.01),sh-BRAF则相反;③BRAF与circPSD3正相关(r=0.62,P<0.001);④OE-BRAF使细胞活力从85%降至55%,凋亡率从10%升至30%(n=3,P<0.01);⑤体内实验显示,OE-BRAF组肿瘤体积从200 mm³增至700 mm³(对照组增至1500 mm³)(图7)。
实验所用关键产品:OE-BRAF载体(GenePharma)、BRAF抗体(ab33899,Abcam)。

图7 BRAF对circPSD3通路的调控

4. Biomarker研究及发现成果解析

Biomarker定位

本文涉及3类Biomarker:①促癌Biomarker:circPSD3(高表达)、RAP2A(高表达);②抑癌Biomarker:miR-526b(低表达)。筛选逻辑为“数据库分析→组织/细胞验证→功能实验→机制验证”,验证链条完整。

研究过程详述

  • circPSD3:来源为PTC组织及BRAF V600E细胞系;验证方法包括RT-qPCR(表达水平)、Act D/RNase R(稳定性)、FISH(亚细胞定位);结果显示,circPSD3在PTC中高表达(n=326组织,P<0.01;n=3细胞,P<0.01),与RAP2A正相关(r=0.65,P<0.001)。
  • miR-526b:来源同前;验证方法包括RT-qPCR、荧光素酶报告基因、RNA pull-down;结果显示,miR-526b在PTC中低表达(n=326组织,P<0.01),与circPSD3负相关(r=-0.58,P<0.001)。
  • RAP2A:来源同前;验证方法包括RT-qPCR、Western blot、荧光素酶报告基因、RNA pull-down;结果显示,RAP2A在PTC中高表达(n=326组织,P<0.01;n=3细胞,P<0.01),与miR-526b负相关(r=-0.58,P<0.001)。

核心成果提炼

  1. circPSD3的功能:作为ceRNA海绵吸附miR-526b,上调RAP2A表达,促进PTC细胞增殖、侵袭,抑制凋亡(体内外实验验证)。
  2. BRAF的调控作用:BRAF过表达通过下调circPSD3,间接升高miR-526b、降低RAP2A,从而抑制PTC进展(图8)。
  3. 临床意义:circPSD3可作为PTC的潜在治疗靶点,BRAF可能通过调控该轴成为PTC的抑癌因子。

未明确提供Biomarker的特异性与敏感性数据(如ROC曲线AUC值),但相关性分析显示各分子间存在显著关联,为后续临床转化研究提供基础。

图8 分子机制 schematic

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