MARCH2多克隆抗体的制备与鉴定及其在组织和细胞系中的表达与亚细胞结构中的定位
Preparation and Identification of MARCH2 Polyclonal Antibodies and Their Expression and Subcellular Structural Localization in Tissues and Cell Lines
DOI: 10.12677/acm.2024.14102801, PDF, HTML, XML,    国家自然科学基金支持
作者: 夏 丹*:山东医学高等专科学校病理教研室,山东 临沂;临沂市人民医院病理科,山东 临沂;韦志永, 刘文静, 訾 臣:临沂市人民医院病理科,山东 临沂
关键词: MARCH2多克隆抗体免疫组织化学亚细胞结构定位组织芯片MARCH2 Polyclonal Antibody Immunohistochemistry Subcellular Structural Localization Tissue Chip
摘要: 目的:探讨MARCH2多克隆抗体的制备、鉴定与纯化的方法以及其在组织和细胞系中的表达情况、在亚细胞结构中的定位情况。方法:利用DNAstar软件对MARCH2蛋白的抗原性等进行分析,化学合成MARCH2短肽,制备成完全抗原免疫家兔,获取血清,纯化,用Western blot、Elisa、免疫荧光进行鉴定。用RT-PCR检测MARCH2在细胞系中的表达情况,用Western blot检测MARCH2在组织中的表达情况。用免疫荧光法及激光共聚焦显微镜分析检测MARCH2在亚细胞结构中的定位。结果:成功制备完全抗原免疫家兔,纯化出多克隆抗体,用Western blot、Elisa、免疫荧光法证实多克隆抗体制备成功。利用半定量RT-PCR方法,在32种细胞系中检测了MARCH2 mRNA的表达水平,结果显示,MARCH2呈广泛表达,在HeLa、U2OS、HCT116、COS7细胞中表达最高,在SKBR3、HGC-27、MGC-803细胞中低表达。利用组织芯片及免疫组织化学方法进一步分析了其在正常组织及肿瘤组织中的表达情况,染色结果显示,MARCH2呈广泛表达,在前列腺、肝组织中呈高表达,在横纹肌、甲状腺组织中呈低表达,主要在胞浆中呈现弥漫均匀细颗粒状分布。此外,MARCH2表达因肿瘤类型的不同有差异。与对应的正常组织相比,MARCH2在某些肿瘤(如前列腺癌、肝癌)组织中表达降低,而在某些肿瘤(如食管癌、结肠癌)组织中表达增高。用免疫荧光法及激光共聚焦显微镜分析检测MARCH2在亚细胞结构中的定位,发现MARCH2与内质网、高尔基体共定位,与溶酶体、内体部分共定位,与线粒体没有共定位。结论:成功获得了MARCH2多克隆抗体,为进一步研究MARCH2蛋白的功能奠定了基础。MARCH2在不同类型肿瘤中的差异表达及其在亚细胞结构中的定位高度提示MARCH2在肿瘤发生发展中具有重要的潜在应用价值。
Abstract: Aims: To explore the preparation, identification, and purification methods of MARCH2 polyclonal antibodies, as well as their expression and subcellular structural localization in tissues and cell lines. Methods: DNAstar software was used to analyze the antigenicity of MARCH2 protein, and MARCH2 short peptides were chemically synthesized to prepare complete antigen-immunized rabbits. Serum was obtained, purified, and identified by Western blot, Elisa, and immunofluorescence. RT-PCR was used to detect the expression of MARCH2 in cell lines, and Western blot was used to detect the expression of MARCH2 in tissues. Immunofluorescence and confocal laser microscopy were used to analyze and detect the localization of MARCH2 in subcellular structures. Results: Fully antigen-immunized rabbits were successfully prepared, and polyclonal antibodies were purified. Western blot, Elisa, and immunofluorescence were used to confirm the successful preparation of polyclonal antibodies. Using semi-quantitative RT-PCR method, the expression level of MARCH2 mRNA was detected in 32 cell lines. The results showed that MARCH2 was widely expressed, with the highest expression in HeLa, U2OS, HCT116, and COS7 cells, and low expression in SKBR3, HGC-27, and MGC-803 cells. The expression of MARCH2 in normal and tumor tissues was further analyzed using tissue chips and immunohistochemical methods. The staining results showed that MARCH2 was widely expressed, with high expression in prostate and liver tissues, low expression in striated muscle and thyroid tissues, and mainly distributed in a diffuse and uniform granular form in the cytoplasm. In addition, MARCH2 expression varies depending on the type of tumor. Compared with corresponding normal tissues, MARCH2 expression is reduced in certain tumor tissues (such as prostate cancer and liver cancer), while it is increased in certain tumor tissues (such as esophageal cancer and colon cancer). Using immunofluorescence and laser confocal microscopy to analyze and detect the localization of MARCH2 in subcellular structures, it was found that MARCH2 was co-localized with the endoplasmic reticulum and Golgi apparatus, with lysosomes and endosomes partially, but not with mitochondria. Conclusions: MARCH2 polyclonal antibodies have been successfully obtained, laying the foundation for further research on the function of MARCH2 protein. The differential expression of MARCH2 in different types of tumors and its localization in subcellular structures highly suggest that MARCH2 has important potential application value in tumor occurrence and development.
文章引用:夏丹, 韦志永, 刘文静, 訾臣. MARCH2多克隆抗体的制备与鉴定及其在组织和细胞系中的表达与亚细胞结构中的定位[J]. 临床医学进展, 2024, 14(10): 1299-1309. https://doi.org/10.12677/acm.2024.14102801

1. 引言

MARCH (Membrane Associated, RING-CH)家族是一个结构上相关联的蛋白家族,其成员结构特点为由N端的RING-CH结构域和紧连的C端两个或多个跨膜区组成[1]。这种跨膜RING-CH finger蛋白具有多种生物学功能,如免疫调节、蛋白质控和膜运输[1]

目前,MARCH家族有11个成员(MARCH-I-XI)。2022年,Luo团队[2]研究发现,高温条件下E3泛素连接酶MARCH-IX能够使ATG9A发生K63位泛素化修饰,ATG9A进而与维持高尔基体片层结构的蛋白GRASP55互作,并抑制GRASP55的寡聚化,抑制了GRASP55连接高尔基体片层的作用,最终引起高尔基体片段化。

MARCH-II基因是Bartee课题组在2004年发现[1],定位于19p13.2,基因全长25746 bp,其开放读码框编码246个氨基酸,相对分子量26995 Da。MARCH-II是二次跨膜蛋白,由N端RING domain、中间的二次跨膜区和C端的PDZ domain构成。最近,Umthong课题组[3]揭示了人类MARCH2用于限制HIV-1的抗病毒机制,这对所有具有抗病毒功能的MARCH蛋白都有潜在的意义。Yu研究团队[4]在GUT (IF 25)发表的研究揭示了胰腺导管腺癌血浆细胞外囊泡长链RNA (exLR)表达谱,并鉴定了8个exLRs (FGA, KRT19, HIST1 H2BK, ITIH2, MARCH2, CLDN1, MAL2, TIMP1)用于诊断胰腺导管腺癌,MARCH2是诊断标志物之一,并且诊断标志显示出很高的准确性。为了更好地研究MARCH2的功能及其与肿瘤的相关性,本研究制备了MARCH2多克隆抗体,并用RT-PCR检测MARCH2在细胞系中的表达情况,用Western blot检测MARCH2在正常组织及肿瘤组织中的表达情况。用免疫荧光法及激光共聚焦显微镜分析检测MARCH2在亚细胞结构中的定位,为进一步研究MARCH2的生物学功能奠定基础。

2. 材料与方法

2.1. MARCH2多克隆抗体的制备

用化学合成的MARCH2肽段KDPGPRTEKRTL和SEWRKTNQKVR (杭州中肽生化有限公司),偶联KLH后免疫动物。选用成年雄性新西兰兔,初次免疫将300 μg的抗原用PBS稀释至1 ml后与等体积的弗氏完全佐剂充分混合,于两足部各0.25 ml皮下注射,其余后背部皮下多点注射。之后每3周加强免疫一次,用量同前,全部后背部皮下多点注射。最后一次加强免疫后10天取兔耳缘静脉血样检测效价,至效价达1:105以上,将家兔处死心脏取血,获取血清。

2.2. MARCH2多克隆抗体的纯化与鉴定

用CNBR活化的Sepharose 4B (胜创生物科技有限公司)偶联肽段KDPGPRTEKRTL和SEWRKTNQKVR制备的亲和层析柱。然后加入抗MARCH2的兔免疫血清4℃旋转混合过夜,用PBS冲洗柱料,然后使用0.1 M甘氨酸缓冲液洗脱(pH 2.4)洗脱。每毫升洗脱液中加入50 μl 1 M Tris (pH 9.0)中和后,置于4℃用pH 7.4 PBS大体积透析,更换三次,每次间隔8小时,浓缩后备用。

MARCH2多克隆抗体的Western blot鉴定:将MARCH2表达质粒或空载体转染HeLa细胞24小时后收取细胞,提取总蛋白并进行Western blot检测,MARCH2多克隆抗体的使用终浓度为1 μg/μL。

MARCH2多克隆抗体的细胞免疫荧光鉴定:将MARCH2-MYC表达质粒转染HeLa细胞24小时后,4%多聚甲醛固定,4℃,30分钟,然后用0.2%的Triton X-100渗透化处理,室温30分钟,10% BSA室温封闭30分钟,然后同时加入10% BSA稀释的鼠抗MYC抗体和兔抗MARCH2抗体进行细胞免疫荧光染色,激光共聚焦显微镜观察。

2.3. 细胞培养及转染

HeLa、U2OS、HCT116、A549、HEK293T和COS7等32种细胞来源于本实验室,均培养于含10% FBS的DMEM培养基中,常规传代。

质粒转染用Megatran 1.0,按产品说明书所述进行。操作步骤如下:

1) 细胞培养:将HeLa、U2OS、HEK293T和COS7等细胞用含10%胎牛血清的DMEM培养基铺在细胞培养板中,在5% CO2、37℃的培养箱中培养24小时。

2) 制备DNA-Megatran 1.0复合物:用Opti-MEM稀释DNA,缓慢混合均匀;加入3 μL Megatran 1.0对应每μg质粒,混合均匀,在室温下放置10分钟后,以形成DNA-Megatran 1.0复合物。使用相同总量的pEGFP-N1质粒表达绿色荧光蛋白以检测转染效率。

3) 转染:将DNA-Megatran 1.0复合物缓慢滴入细胞培养板,轻微摇匀。在5% CO2、37℃的培养箱中培养,孵育后的4~6小时内更换培养基。转染24小时后于荧光显微镜下观察pEGFP-N1孔的转染效率。

2.4. RT-PCR

从RNA (或mRNA)反转录合成cDNA第一链,于95℃加热5~10 min,灭活反转录酶,使RNA-cDNA杂交体变性,然后迅速冰浴冷却,PCR扩增。cDNA第一链合成方法:20 ul反应液中含10 × PCR扩增缓冲液,2 ul;四种dNTP (10 mmol/L) 2 ul;RNA酶抑制剂20 U;mRNA,l~2 ug (或RNA 5~10 ug);AMV,20 U;引物,1 u;最后用灭菌水补至20 ul。以上溶液充分混匀后,于42℃反应60 min,反应完毕后将反应管在95℃下加热5 min,使反转录酶失活和RNA-cDNA杂合物变性。其后反应液则可置于−20℃下保存备用。

2.5. 组织芯片免疫组化

具体步骤如下:

1) 脱蜡:组织芯片置于二甲苯中浸泡20分钟,换新鲜二甲苯重复一次。

2) 再水化:将脱腊后的组织切片于100%乙醇中浸泡5分钟2次,95%乙醇、90%乙醇、80%乙醇、70%乙醇、蒸馏水各浸泡5分钟 × 1次。

3) 抗原修复:抗原修复液为柠檬酸–柠檬酸钠缓冲液,将抗原修复液微波高温加热至沸腾,将切片放入,再用微波高火加热5分钟,补加蒸馏水恢复体积后再用微波高温加热5分钟,自然冷却至室温。

4) 去除内源性过氧化物酶:新鲜配制3% H2O2,滴片,室温下避光孵育10分钟。

5) 封闭:用正常羊血清工作液室温封闭20分钟。

6) 一抗反应:用10 μg/mL兔抗人MARCH2一抗(以PBS稀释)滴片,37℃孵育1小时,对照组以PBS代替一抗;PBS洗5分钟 × 3次。

7) 二抗反应:HRP-羊抗兔抗体1:200稀释(以PBS稀释),室温反应30分钟。

8) PBS洗5分钟 × 3次。

9) 二氨基联苯氨(DAB)显色,滴片,镜下观察反应结果。

10) 苏木精复染细胞核,自来水蓝化。

11) 乙醇上行脱水:50%乙醇5分钟,75%乙醇5分钟,95%乙醇5分钟,100%乙醇5分钟 × 2次。

12) 中性树胶封片,于光学显微镜下观察并记录结果。

2.6. 激光共聚焦显微镜观察

HeLa细胞铺入共聚焦小皿中大约长至60%~80%密度,使用Megatran 1.0转染带荧光蛋白标签或不带标签的相应蛋白表达质粒,转染24小时后,细胞用4%多聚甲醛固定或进一步进行免疫荧光染色,Hoechst33342染核,PBS冲洗三次,置于激光共聚焦显微镜下观察并拍照。

2.7. 统计学分析

以上数据的标准差代表实验中不同分组之间的差异,以上实验均至少重复三次;Student’s t检验分析各组之间是否存在显著性差异,p < 0.05认为差异具有统计学意义。

3. 结果与分析

3.1. MARCH2多克隆抗体的制备、鉴定和纯化

利用DNAstar软件对MARCH2蛋白的抗原性、亲疏水性、表面暴露性等进行分析(图1(A))。在此基础上,化学合成MARCH2两条短肽:KDPGPRTEKRTL和SEWRKTNQKVR (图1(A),两个方框内的序列),并用这两个肽段与载体蛋白KLH制备成完全抗原免疫家兔,ELISA分析抗体的效价,结果发现,KDPGPRTEKRTL肽段的抗原性较好,能够刺激家兔产生高效价的抗体(效价达1:105以上),将家兔处死,心脏取血,获取血清。血清用偶联KDPGPRTEKRTL肽段的Sepharose 4B亲和柱进行纯化,获得的抗MARCH2兔多克隆抗体进行分析鉴定。该抗体既能检测内源性MARCH2表达,也能检测外源性MARCH2表达。在HeLa细胞中转染Vector或MARCH2-MYC质粒,24 h后收集细胞,Western blot检测MARCH2表达水平。结果发现,MARCH2-MYC质粒转染组MARCH2蛋白水平显著升高,表明该抗体能够用于MARCH2的Western blot检测(图1(B))。我们也进行了免疫荧光分析,在HeLa细胞中转染MARCH2-MYC质粒,24 h后收集细胞,利用MARCH2和MYC抗体染色,结果两者分布完全重叠,表明该抗体能够用于MARCH2的免疫荧光检测(图1(C))。这些结果说明我们制备的MARCH2抗体既能识别线性决定簇,也能识别空间决定簇。

Figure 1. Identification of MARCH2 rabbit anti-human antibody: (A) Analysis of antigenicity, hydrophilicity, hydrophobicity, and surface exposure of proteins; (B) Western blot identification of rabbit anti-MARCH2 polyclonal antibody; (C) Immunofluorescence identification of rabbit anti-MARCH2 polyclonal antibody

1. 兔抗人MARCH2抗体的鉴定:(A) 蛋白的抗原性、亲疏水性、表面暴露性等分析;(B) 兔抗MARCH2多克隆抗体的Western blot鉴定;(C) 兔抗MARCH2多克隆抗体的免疫荧光鉴定

3.2. MARCH2在组织及细胞系中的表达

为了分析MARCH2的表达谱,我们利用半定量RT-PCR方法,在32种细胞系中检测了MARCH2 mRNA的表达水平,结果显示,MARCH2呈广泛表达,在HeLa、U2OS、HCT116、COS7细胞中表达最高,在SKBR3、HGC-27、MGC-803细胞中低表达(图2)。

Figure 2. RT-PCR analysis of MARCH2 mRNA expression in 32 cell lines

2. RT-PCR分析MARCH2 mRNA在32种细胞系中的表达

我们购买了组织芯片,利用免疫组织化学方法进一步分析了其在正常组织中的表达情况,染色结果显示MARCH2呈广泛表达,在前列腺、肝组织中呈高表达,在横纹肌、甲状腺组织中呈低表达,主要在胞浆中呈现弥漫均匀细颗粒状分布(图3)。

注:组织芯片免疫组化分析MARCH2在前列腺(A)、肝脏(B)、骨髓(C)、皮肤(D)、肾(E)、横纹肌(F)、肺(G)、乳腺(H)、大脑(I)、结肠(J)、食管(K)、胰腺(L)、脾(M)、胃(N)、甲状腺(O)、子宫内膜(P)中的表达(图像400×)。

Figure 3. Expression of MARCH2 in normal tissues

3. MARCH2在正常组织中的表达

除此之外,我们还发现,MARCH2表达因肿瘤类型的不同有差异。与对应的正常组织相比,MARCH2在某些肿瘤(如前列腺癌、肝癌)组织中表达降低(图4(B)图4(A)图4(D)图4(C)),而在某些肿瘤(如食管癌、结肠癌)组织中表达增高(图4(F)图4(E)图4(H)图4(G))。MARCH2在不同类型肿瘤的差异表达及临床意义有待进一步研究。

Figure 4. Immunohistochemical analysis of MARCH2 expression in tissues using tissue microarray: (A) Normal prostate tissue; (B) Prostate adenocarcinoma tissue; (C) Normal liver tissue; (D) Hepatocellular carcinoma tissue; (E) Normal squamous epithelium of esophagus; (F) Esophageal squamous cell carcinoma; (G) Normal colon tissue; (H) Colon cancer (image 400×)

4. 组织芯片免疫组化分析MARCH2在组织中的表达:(A) 前列腺正常组织;(B) 前列腺腺癌组织;(C) 肝脏正常组织;(D) 肝细胞性肝癌组织;(E) 食管正常鳞状上皮;(F) 食管鳞状细胞癌;(G) 结肠正常组织;(H) 结肠癌(图像400×)

3.3. MARCH2蛋白的亚细胞器定位

为了明确MARCH2在细胞内的定位,我们将GFP-MARCH2与DsRed-ER (DsRed标记的内质网定位序列)、DsRed-Golgi (DsRed标记的高尔基体定位序列)、表达质粒共转染HeLa细胞,24小时后用4%多聚甲醛固定,然后在激光共聚集显微镜下观察。结果显示,GFP-MARCH2能够与DsRed-Golgi和DsRed-ER发生非常明显的共定位(图5(A)图5(B)),而与LAMP1-Cherry (溶酶体marker)、EEA1 (内体marker)呈部分共定位(图5(C)图5(D)),而与MitoTracker (线粒体marker)没有明显共定位(图5(E))。除此以外,我们发现内源性MARCH2与Calnexin (ER的marker)及TGN46 (Golgi的marker)也呈现明显的共定位现象(图5(F))。上述结果证明MARCH2与内质网、高尔基体共定位,与溶酶体、内体部分共定位,与线粒体没有共定位。

Figure 5. Laser confocal microscopy analysis of overexpression and localization of endogenous MARCH2 in HeLa cells: (A) GFP-MARCH2 or GFP-Vector and DsRed-ER plasmids were co-transfected into HeLa cells, and the localization of overexpression of MARCH2 and ER was observed under confocal microscopy; (B) GFP-MARCH2 or GFP-Vector and DsRed-Golgi plasmids were co-transfected into HeLa cells, and the localization of overexpression of MARCH2 and Golgi was observed under confocal microscopy; (C) GFP-MARCH2 or GFP-Vector and LAMP1-cherry plasmids were co-transfected into HeLa cells, and the localization of overexpression of MARCH2 and LAMP1 was observed under confocal microscopy; (D) GFP-ARCH2 or GFP-Vector plasmids was transfected into HeLa cells, and the overexpression of MARCH2 and localization of endogenous EEA1 were detected using EEA1 polyclonal antibodies; (E) HeLa cells were transfected with GFP-MARCH2 or GFP-Vector plasmids, stained with mitotracker after 24 hours, and the localization of overexpression of MARCH2 and mitotracker was observed under confocal microscopy; (F) In HeLa cells, the localization of endogenous MARCH2 and Calnexin or TGN-46 was detected using MARCH2 and Calnexin or TGN-46 polyclonal antibodies

5. 激光共聚焦显微镜分析过表达与内源性MARCH2在HeLa细胞中的定位:(A) GFP-MARCH2或GFP-Vector和DsRed-ER质粒共同转染HeLa细胞,共聚焦显微镜观察过表达MARCH2与ER的定位情况;(B) GFP-MARCH2或GFP-Vector和DsRed-Golgi质粒共同转染HeLa细胞,共聚焦显微镜观察过表达MARCH2与Golgi的定位情况;(C) GFP-MARCH2或GFP-Vector和LAMP1-cherry质粒共同转染HeLa细胞,共聚焦显微镜观察过表达MARCH2与LAMP1的定位情况;(D) GFP-MARCH2或GFP-Vector质粒转染HeLa细胞,EEA1多抗检测过表达MARCH2与内源性EEA1的定位情况;(E) GFP-MARCH2或GFP-Vector质粒转染HeLa细胞,24小时后用mitotracker染色,共聚焦显微镜观察过表达MARCH2与mitotracker的定位情况;(F) 在HeLa细胞中,用MARCH2和Calnexin或TGN-46多抗检测内源性MARCH2和Calnexin或TGN-46的定位情况

4. 讨论

MARCH (Membrane Associated, RING-CH)家族是一个结构上相关联的蛋白家族,其成员结构特点为由N端的RING-CH结构域和紧连的C端两个或多个跨膜区组成[1]。这种跨膜RING-CH finger蛋白具有多种生物学功能,如免疫调节、蛋白质控和膜运输[1]

目前,MARCH家族有11个成员(MARCH-I-XI)。其中,MARCH-I可介导MHC-II泛素化,是胸腺中T细胞发育的重要调节子。MARCH-VIII泛素化CD86,参与免疫调节。MARCH-IV和MARCH-IX能有效减少MHC-I的表面表达,与病毒免疫逃逸相关。MARCH-V是线粒体外膜泛素化连接酶,通过调节线粒体融合蛋白MFN2、Drp1,增加长管状线粒体。MARCH-VI (TEB-4)和它的酵母同源物SSM4/DOA10都是内质网的跨膜泛素连接酶,参与内质网相关降解和内质网质量控制。MARCH-VII参与胚胎干细胞神经分化,并与胸腺发育有关[5]-[8]。MARCH-X和MARCH-XI参与精子的形成和发育[9] [10]。MARCH-III是MARCH-II最相近的同源物,能与MARCH-II和STX6相互作用,参与内体中囊泡运输调节。2022年,Luo团队[2]研究发现,高温条件下E3泛素连接酶MARCH-IX能够使ATG9A发生K63位泛素化修饰,ATG9A进而与维持高尔基体片层结构的蛋白GRASP55互作,并抑制GRASP55的寡聚化,抑制GRASP55连接高尔基体片层的作用,最终引起高尔基体片段化。

MARCH-II基因是Bartee课题组在2004年发现[1],定位于19p13.2,基因全长25746 bp,其开放读码框编码246个氨基酸,相对分子量26995 Da。MARCH-II是二次跨膜蛋白,由N端RING domain、中间的二次跨膜区和C端的PDZ domain构成。MARCH-II能降解细胞表面受体如转铁蛋白受体和共刺激分子B7.2 (CD86);MARCH蛋白与内质网以及溶酶体共定位。随后,Nakamura和他的同事发现,MARCH-II能与STX6直接结合,参与高尔基体和内体之间的运输。Xavier研究团队在HEK293T细胞中证实MARCH-II也能定位在细胞膜上,通过其PDZ motif与DLG1相互作用促进DLG1泛素化,减弱DLG1在细胞连接点的表达,影响细胞的极性。Han课题组证实MARCH-II能与β2AR相互作用,β2AR拮抗剂卡维地洛能够增强MARCH-II与β2AR的相互作用,促进β2AR的内吞和溶酶体降解。MARCH-II也能促进β2AR的泛素化,调节细胞表面的β2AR水平。Guggino科研团队研究发现,在CFBE细胞中,MARCH-II通过与CAL和STX6结合,能够泛素化并降解CFTR。

最近,Umthong课题组[3]揭示了人类MARCH2用于限制HIV-1的抗病毒机制,这对所有具有抗病毒功能的MARCH蛋白都有潜在的意义。Du等人[11]报道了MARCH2通过靶向tbk1负调控草鱼的抗病毒免疫反应。Zeng团队[12]的研究结果显示,膜相关泛素连接酶MARCH2和MARCH3靶向IL-5受体α负调控嗜酸性气道炎症。Yoo课题组[13]的研究表明,E3泛素连接酶MARCH2调节内质网–高尔基间室蛋白ERGIC3依赖的分泌蛋白运输。Chathuranga研究团队[14]报道了E3连接酶MARCH2是细菌或病毒感染时NEMO介导的信号传导的新型负向调节因子,MARCH2在感染后期直接与NEMO相互作用,并催化NEMO上Lys326的K-48连接泛素化,从而导致其降解。MARCH2的缺失导致对细菌/病毒感染的抵抗力及体内外先天免疫反应的显著增强。此外,由于细胞因子的大量产生,MARCH2-/-小鼠更易接受LPS挑战。总之,这些发现为NEMO的分子调控提供了新的见解,并表明MARCH2在先天免疫反应的稳态控制中发挥着重要作用。Sandow等人[15]报道的蛋白质组学分析表明,免疫整合素是膜相关环-CH (MARCH)蛋白MARCH2、3、4和9调节的主要靶标。2024年,复旦大学张英梅、葛均波及中国科学院分子细胞科学卓越创新中心胡荣贵共同通讯在Cell Discovery (IF 34)发表的研究[16]表明,E3泛素连接酶MARCH2通过负调控PGAM5/MAVS/NLRP3轴抑制心肌焦亡,保护心肌缺血再灌注损伤。Babon等人[17]报道了小鼠中单个MARCH蛋白的遗传删除对IL6Rα水平没有影响或影响很小,但MARCH2、3和4的联合删除显示选定的造血细胞亚群(包括CD8+和CD4+ T细胞)中IL6Rα的稳态水平升高。此研究扩展了MARCH蛋白的潜在免疫抑制作用,包括下调IL6炎症反应。Zhang等人[18]报道了膜相关的RING-CH (MARCH) 1和2是抑制HIV-1感染的MARCH家族成员。Seo课题组[19]的研究显示,MARCH家族E3泛素连接酶选择性靶向降解钙粘蛋白家族蛋白。近来,Yu研究团队[4]在GUT (IF 25)发表的研究揭示了胰腺导管腺癌血浆细胞外囊泡长链RNA(exLR)表达谱,并鉴定了8个exLRs (FGA, KRT19, HIST1 H2BK, ITIH2, MARCH2, CLDN1, MAL2, TIMP1)用于诊断胰腺导管腺癌,MARCH2是诊断标志物之一,并且诊断标志显示出很高的准确性。Yu等人[20]报道了MARCH1、2和8通过靶向弗林蛋白酶P结构域阻断埃博拉病毒包膜糖蛋白裂解。

我们的研究成功制备了MARCH2多克隆抗体,为进一步研究MARCH2的生物学功能打下了基础,在利用半定量RT-PCR方法分析MARCH2的表达谱时,我们发现MARCH2在32种肿瘤细胞系中呈广泛表达,在HeLa、U2OS、HCT116、COS7细胞中表达最高,在SKBR3、HGC-27、MGC-803细胞中低表达,提示MARCH2在肿瘤发生发展中有潜在作用。我们购买了组织芯片,利用免疫组织化学方法进一步分析了其在正常组织中的表达情况,染色结果显示,MARCH2呈广泛表达,在前列腺、肝组织中呈高表达,在横纹肌、甲状腺组织中呈低表达,主要在胞浆中呈现弥漫均匀细颗粒状分布。除此之外,我们还发现,MARCH2表达因肿瘤类型的不同有差异。与对应的正常组织相比,MARCH2在某些肿瘤(如前列腺癌、肝癌)组织中表达降低,而在某些肿瘤(如食管癌、结肠癌)组织中表达增高。MARCH2在不同类型肿瘤的差异表达及临床意义是什么?这个问题有待进一步研究。为了明确MARCH2在细胞内的定位,我们将GFP-MARCH2与DsRed-ER (DsRed标记的内质网定位序列)、DsRed-Golgi (DsRed标记的高尔基体定位序列)、表达质粒共转染HeLa细胞,24小时后用4%多聚甲醛固定,然后在激光共聚集显微镜下观察。结果显示,GFP-MARCH2能够与DsRed-Golgi和DsRed-ER发生非常明显的共定位,而与LAMP1-Cherry (溶酶体marker)、EEA1 (内体marker)呈部分共定位,而与MitoTracker (线粒体marker)没有明显共定位。除此以外,我们发现内源性MARCH2与Calnexin (ER的marker)及TGN46 (Golgi的marker)也呈现明显的共定位现象。上述结果证明MARCH2与内质网、高尔基体共定位,与溶酶体、内体部分共定位,与线粒体没有共定位。而近年研究揭示了高尔基应激、内质网应激是有效自噬诱导因素,且自噬在肿瘤发生发展中发挥着促进或抑制的双刃剑作用。而最近有研究报道了MARCH2是诊断胰腺导管腺癌的标志物之一。那么,MARCH2在高尔基应激、内质网应激、自噬及肿瘤中的作用到底是什么?这个问题有待进一步研究。

通过本研究发现了两个国际上亟待解决的科学问题。接下来,我们将在前期研究的基础上通过项目实施,解决这两个科学问题,以实现肿瘤细胞命运相关的理论突破。

基金项目

本研究由国家自然科学基金项目(81702776)、山东省医药卫生科技项目(202304010866)、临沂市重点研发计划(医学类) (2023YX0096)、山东省自然科学基金项目(ZR2020QH041)、山东省医药卫生科技项目(20230206735)、徐州医科大学附属医院发展基金项目(XYFM202348)资助。

NOTES

*通讯作者。

参考文献

[1] Bartee, E., Mansouri, M., Hovey Nerenberg, B.T., Gouveia, K. and Früh, K. (2004) Downregulation of Major Histocompatibility Complex Class I by Human Ubiquitin Ligases Related to Viral Immune Evasion Proteins. Journal of Virology, 78, 1109-1120.
https://doi.org/10.1128/jvi.78.3.1109-1120.2004
[2] Luo, Q., Liu, Q., Cheng, H., Wang, J., Zhao, T., Zhang, J., et al. (2022) Nondegradable Ubiquitinated ATG9A Organizes Golgi Integrity and Dynamics Upon Stresses. Cell Reports, 40, Article ID: 111195.
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111195
[3] Umthong, S., Timilsina, U., D’Angelo, M. and Stavrou, S. (2023) Determining the Antiviral Mechanism of MARCH2. bioRxiv.
https://doi.org/10.1101/2023.09.18.558306
[4] Yu, S., Li, Y., Liao, Z., Wang, Z., Wang, Z., Li, Y., et al. (2019) Plasma Extracellular Vesicle Long RNA Profiling Identifies a Diagnostic Signature for the Detection of Pancreatic Ductal Adenocarcinoma. Gut, 69, 540-550.
https://doi.org/10.1136/gutjnl-2019-318860
[5] Baker, R.K., Haendel, M.A., Swanson, B.J., Shambaugh, J.C., Micales, B.K. and Lyons, G.E. (1997) In Vitro Preselection of Gene-Trapped Embryonic Stem Cell Clones for Characterizing Novel Developmentally Regulated Genes in the Mouse. Developmental Biology, 185, 201-214.
https://doi.org/10.1006/dbio.1997.8541
[6] Metcalfe, S.M., Muthukumarana, P.A.D.S., Thompson, H.L., Haendel, M.A. and Lyons, G.E. (2004) Leukaemia Inhibitory Factor (LIF) Is Functionally Linked to Axotrophin and Both LIF and Axotrophin Are Linked to Regulatory Immune Tolerance. FEBS Letters, 579, 609-614.
https://doi.org/10.1016/j.febslet.2004.12.027
[7] Muthukumarana, P.A.D.S., Lyons, G.E., Miura, Y., Thompson, L.H., Watson, T., Green, C.J., et al. (2006) Evidence for Functional Inter-Relationships between FOXP3, Leukaemia Inhibitory Factor, and Axotrophin/March-7 in Transplantation Tolerance. International Immunopharmacology, 6, 1993-2001.
https://doi.org/10.1016/j.intimp.2006.09.015
[8] Nathan, J.A., Sengupta, S., Wood, S.A., Admon, A., Markson, G., Sanderson, C., et al. (2008) The Ubiquitin E3 Ligase MARCH7 Is Differentially Regulated by the Deubiquitylating Enzymes USP7 and USP9X. Traffic, 9, 1130-1145.
https://doi.org/10.1111/j.1600-0854.2008.00747.x
[9] Iyengar, P.V., Hirota, T., Hirose, S. and Nakamura, N. (2011) Membrane-Associated RING-CH 10 (MARCH10 Protein) Is a Microtubule-Associated E3 Ubiquitin Ligase of the Spermatid Flagella. Journal of Biological Chemistry, 286, 39082-39090.
https://doi.org/10.1074/jbc.m111.256875
[10] Morokuma, Y., Nakamura, N., Kato, A., Notoya, M., Yamamoto, Y., Sakai, Y., et al. (2007) MARCH-XI, a Novel Transmembrane Ubiquitin Ligase Implicated in Ubiquitin-Dependent Protein Sorting in Developing Spermatids. Journal of Biological Chemistry, 282, 24806-24815.
https://doi.org/10.1074/jbc.m700414200
[11] Du, J., Xiao, H., Hu, Y. and Li, Z. (2023) March2 Negatively Regulates Antiviral Immune Response by Targeting Tbk1 in Grass Carp (Ctenopharyngodon idella). Fish & Shellfish Immunology, 140, Article ID: 108965.
https://doi.org/10.1016/j.fsi.2023.108965
[12] Zeng, L., Feng, L., Liu, R., Lin, H., Shu, H. and Li, S. (2022) The Membrane-Associated Ubiquitin Ligases MARCH2 and MARCH3 Target IL-5 Receptor Alpha to Negatively Regulate Eosinophilic Airway Inflammation. Cellular & Molecular Immunology, 19, 1117-1129.
https://doi.org/10.1038/s41423-022-00907-9
[13] Yoo, W., Cho, E., Kim, S. and Yoon, J. (2019) The E3 Ubiquitin Ligase MARCH2 Regulates ERGIC3-Dependent Trafficking of Secretory Proteins. Journal of Biological Chemistry, 294, 10900-10912.
https://doi.org/10.1074/jbc.ra119.007435
[14] Chathuranga, K., Kim, T., Lee, H., Park, J., Kim, J., Chathuranga, W.A.G., et al. (2020) Negative Regulation of NEMO Signaling by the Ubiquitin E3 Ligase March2. The EMBO Journal, 39, e105139.
https://doi.org/10.15252/embj.2020105139
[15] Sandow, J.J., Webb, A.I., Stockwell, D., Kershaw, N.J., Tan, C., Ishido, S., et al. (2021) Proteomic Analyses Reveal That Immune Integrins Are Major Targets for Regulation by Membrane‐Associated Ring‐CH (MARCH) Proteins MARCH2, 3, 4 and 9. Proteomics, 21, Article ID: 2000244.
https://doi.org/10.1002/pmic.202000244
[16] Liu, S., Bi, Y., Han, T., Li, Y.E., Wang, Q., Wu, N.N., et al. (2024) The E3 Ubiquitin Ligase MARCH2 Protects against Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury through Inhibiting Pyroptosis via Negative Regulation of PGAM5/MAVS/NLRP3 Axis. Cell Discovery, 10, Article No. 24.
https://doi.org/10.1038/s41421-023-00622-3
[17] Babon, J.J., Stockwell, D., DiRago, L., Zhang, J., Laktyushin, A., Villadangos, J., et al. (2019) Membrane-Associated RING-CH (MARCH) Proteins Down-Regulate Cell Surface Expression of the Interleukin-6 Receptor α Chain (IL6Rα). Biochemical Journal, 476, 2869-2882.
https://doi.org/10.1042/bcj20190577
[18] Zhang, Y., Tada, T., Ozono, S., Yao, W., Tanaka, M., Yamaoka, S., et al. (2019) Membrane-associated RING-CH (MARCH) 1 and 2 Are MARCH Family Members That Inhibit HIV-1 Infection. Journal of Biological Chemistry, 294, 3397-3405.
https://doi.org/10.1074/jbc.ac118.005907
[19] Seo, T., Lowery, A.M., Xu, H., et al. (2023) MARCH Family E3 Ubiquitin Ligases Selectively Target and Degrade Cadherin Family Proteins. bioRxiv.
https://doi.org/10.1101/2023.08.10.552739
[20] Yu, C., Bai, Y., Tan, W., Bai, Y., Li, X., Zhou, Y., et al. (2024) Human MARCH1, 2, and 8 Block Ebola Virus Envelope Glycoprotein Cleavage via Targeting Furin P Domain. Journal of Medical Virology, 96, e29445.
https://doi.org/10.1002/jmv.29445