癌症是一个全球性的重大健康问题，造成巨大的痛苦和生命损失. 不同类型的癌症, 胰腺癌很突出, 它的五年存活率只有11%.5%(胰腺癌). 尽管竭尽全力, 胰腺癌的侵袭性阻碍了治疗方法的发展, 肿瘤细胞的迅速扩散, 以及缺乏可靠的诊断工具. 预后不良与早期缺乏特异性症状有关, 因此, 在正确诊断前进展到晚期. 在早期发现胰腺癌的罕见情况下, 它发生在定期检查或不相关问题的筛查中. 许多澳门葡京网赌游戏胰腺癌生物学的研究正在进行中. 其中一个奇怪的发现是原发性纤毛细胞器的显著丧失与晚期胰腺癌的进展有关(Quilichini等). 2019)
在细胞生物学领域, 我们遇到初级纤毛, 都是单数, 在大多数细胞类型中发现的天线状固定细胞器. 初级纤毛在多种细胞功能中起着关键作用, 由于它们独特的接收和响应各种外部细胞信号的能力. 这种功能的一个例子发生在胚胎发育过程中Hedgehog (Hh)信号传导的背景下. Hh信号通路控制发育过程中组织和器官的生长和模式. 当被称为Hh蛋白的特殊信号分子附着在细胞膜上的受体上时, 它们在纤毛内触发一系列分子反应. 结果是, 在胚胎发生过程中，控制细胞命运和组织模式的信号系统被激活. 初级纤毛传递这些信号的能力对于肢体的形成至关重要, 神经管发育, 以及胚胎发育的其他方面, 强调它们在协调复杂生物过程中的重要性.
最近的研究表明，原发性纤毛与每一种癌症特征之间存在联系, Kiseleva, 和 Golemis 2018; Fabbri 和 Mazure 2019). 这种联系有助于科学家清楚地界定纤毛在癌症中的作用. 例如, 研究已经确定抑制纤毛生长, 或者是纤毛的组装和拆卸, 对于激活Hedgehog信号和乳腺癌向更具侵袭性的发展至关重要, 转移性疾病(Hassounah等). 2017). 曼彻斯特澳门葡京网赌游戏克里斯汀·约翰逊(Kristen 约翰逊)实验室的研究重点是一种名为FOXN2的蛋白质如何影响纤毛的发生，并可能影响胰腺癌的发展到更严重的阶段. 我的个人项目, 由哈默尔本科生研究中心的暑期本科生研究奖学金(SURF)资助, 探索FOXN2如何影响纤毛数量和结构，以及刺猬信号在一种经常被研究的哺乳动物细胞系中的作用.
FOXN2是一种什么样的蛋白质，我们为什么要关注它?
纤毛发生的过程与细胞周期错综复杂地交织在一起. 细胞周期的一个基本方面是中心粒复制的调控, 细胞内指导细胞分裂的小结构, 以及在细胞复制过程中染色体的精确分离. 中心粒在纤毛组装中也起着至关重要的作用. 在细胞周期的G0期, 发生在细胞分裂之外的阶段, 母中心粒在分化成基体并迁移到细胞质膜的过程中起着关键作用, 从哪里开始纤毛聚集. 值得注意的是, 控制中心粒复制的蛋白质具有抑制新纤毛组装开始的能力. 细胞周期与纤毛发生的相互调节与中心粒有关. 考虑到纤毛在发育和生理中具有多重作用，以及纤毛发生和细胞周期过程和机制的复杂性, 纤毛缺陷会诱发多种疾病，这是唯一合理的说法. 纤毛缺陷已经与几种人类疾病联系在一起, 包括但不限于多囊肾病, 视网膜变性, 和癌症(Duldulao), Li, 和太阳, 2010).
正常纤毛功能所需的基因可受转录因子的影响, 哪些蛋白质能够控制哪些基因“开启”或“关闭”.FOXN2蛋白是叉头转录因子家族的一员. 这些转录因子在器官发育过程中介导基因表达发挥重要作用, 细胞代谢, 和免疫调节, 和, 值得注意的是, 当它们的调控不稳定时，肿瘤的形成和转移(Bach等)., 2018; Golson 和 Kaestner,2 016). FOXN2的失调与几种癌症有关(FOXN2在肾癌中的表达), 马等人. 2018, Nagel等人.2018); however, FOXN2影响肿瘤形成的具体分子途径仍需进一步研究. 最近由约翰逊实验室进行的计算分析, 使用RNA-Seq, 发现了FOXN2和纤毛相关基因之间有趣的新联系. 根据这些数据, 我们假设FOXN2将作为纤毛发生和可能的Hedgehog信号传导的负调节因子. 这意味着我们预测了 FoxN2 细胞中的基因会导致纤毛变少变短. 这反过来会对Hedgehog信号传导产生负面影响，并导致机体内的失调, 可能促进癌症进展. (注:为澄清起见， FOXN2是一种蛋白质 FoxN2 是一个编码蛋白质的基因吗. 当我们谈论表达时, 我们谈论的是基因, 当我们讨论信号或调节器时, 我们讨论的是蛋白质.)
本研究的结果将用于进一步加深我们对纤毛发生的认识，并建立FOXN2表达与纤毛脱落现象之间的明确联系, 以及FOXN2与Hedgehog信号通路的可能关联. 当鼠标 成纤维细胞作为模型, 这些发现将来可以应用于人类胰腺癌细胞, 这可能会导致未来癌症治疗替代疗法的发展.
方法及初步结果
我们的研究目标之一包括引入 FoxN2 小鼠成纤维细胞系NIH3T3，并建立FOXN2与纤毛发生之间的联系. 该细胞系是研究初级纤毛的常用模型系统. NIH3T3细胞在培养中易于维持，在分子和细胞生物学研究中具有重要的应用价值. 另外, 最近的研究证实，NIH3T3是研究Hedgehog信号通路时最适合使用的两个细胞系之一(Gómez等). 2022).
在细胞中，l低血药浓度, 或者血清饥饿, 导致细胞周期阻滞, 是什么导致了初级纤毛的形成. 因此, NIH3T3细胞形成初级纤毛, 我们通过在低血清浓度的培养基中培养细胞来诱导细胞周期阻滞. 根据之前的研究, 我们预计纤毛NIH3T3细胞在饥饿后48小时左右达到峰值. 这确实被证明了，我们66%的细胞在48小时后长出了初级纤毛.
根据我们的假设，FOXN2是纤毛发生的负调节因子, 的过度表达(增加存在)是预期的 FoxN2 会导致纤毛数量减少吗, 中心粒, 以及表达初级纤毛的细胞的纤毛长度, 如NIH3T3细胞. 脂质体转染技术进行过表达 FoxN2. 该技术使用脂质复合物封装遗传物质，如 FoxN2 穿过保护层，进入细胞. 为了使结果可视化, 我用免疫荧光染色技术对纤毛进行染色，并在荧光显微镜下观察纤毛的变化. 通过免疫荧光染色获得的初步数据为FOXN2在纤毛发生中的调节作用提供了令人信服的见解. NIH3T3细胞过表达 FoxN2 纤毛的数量明显减少. 这一证据证实了工作假设, 表明FOXN2在纤毛发生中起负调控作用.
转染FLAG-empty(对照组)的NIH3T3细胞株原代纤毛免疫荧光检测, FLAG-FOXN2, 48小时血清饥饿后的FLAG-FOXN2泛素突变质粒. 纤毛用Arl13b(小鼠)初级抗体和AF 647(抗小鼠)次级抗体染色. af647是假的青色. 与FLAG- foxn2转染的细胞相比，转染FLAG- foxn2的细胞显示出凋亡, FLAG-FOXN2 Ubiq未检测到纤毛.
作为我们目标的一部分，我还研究了一种泛素缺乏突变体 FoxN2. FOXN2的降解先前已经在肺癌的背景下进行了研究, 并且发现FOXN2在调节蛋白泛素的帮助下被分解, 哪些标记蛋白质被降解. 为了进一步研究这一发现，科学家们制作了一个 FoxN2 泛素缺乏突变体使FOXN2蛋白更稳定(Ma等人). 2018). 尽管这种突变体尚未在纤毛发生和胰腺癌的背景下进行研究, 我们预计这种突变体FOXN2在细胞中的存在会增加对纤毛发生的负面影响. 创造一个变种的 FoxN2, 我用分子克隆技术生成了质粒(DNA的小圆形片段)，其中包含了DNA的变化，编码了一个版本的 FoxN2 这是不能降低的. 我在NIH3T3细胞中进行了类似的过表达实验. 我们观察到，含有这种突变体的细胞与含有正常形式FOXN2的细胞相比，纤毛数量明显减少. 这进一步证实了当FOXN2是稳定的, 它对纤毛发生有更明显的抑制作用. 这进一步支持了我们澳门葡京网赌游戏FOXN2负调控纤毛发生的假设, 通过这样做, 它的存在可能会加速胰腺癌的发展. 从理论上讲, 用于癌症治疗, 我们可以开发一些能促进纤毛生长的东西, 例如通过降低FOXN2的水平.
另一个研究目标是建立FOXN2和Hedgehog信号传导之间的联系. 为此，我们将Smoothened Agonist添加到表达NIH3T3的FOXN2细胞中. 当平滑激动剂与平滑蛋白结合时, 它可以开启Hedgehog信号, 模仿纤毛发出的自然信号. 值得注意的是，到目前为止，评估具有激活的Hedgehog通路的细胞反应的实验尚未产生结论性的结果. 有必要进一步调查以全面阐明这方面的问题.
下一步是什么??
尽管我们的完整发现即将到来, 进一步研究FOXN2与纤毛发生之间的新联系是有必要的. 展望未来, 约翰逊实验室计划复制免疫荧光染色实验并研究蛋白质表达, 蛋白质相互作用, 和信号通路的激活. 逆转录定量聚合酶链反应(RT-qPCR), 定量测定细胞中某些基因数量的一种分子生物学技术, 将用于确定细胞对Hh通路刺激的反应.
此外，还将研究不同FOXN2突变体的实验. 而缺乏泛素的FoxN2突变体导致 FoxN2一个DNA结合域 FoxN2 变种人的假设正好相反. DNA结合域的突变阻止了DNA的FOXN2结合, 这是它作为转录因子的必要条件. 由于缺乏FOXN2的功能，我们可能会看到正常的纤毛发生. 虽然ubiquitin-deficient FoxN2 突变体只能作为支持我们假设的工具，DNA结合域 FoxN2 突变体还具有发展成一种治疗方法的意义. 概念上，这是正常的 FoxN2 被DNA结合域取代了吗 FoxN2 胰腺细胞突变, 它会诱导正常的纤毛生长，减缓疾病的发展, 哪些可以帮助开发胰腺癌治疗的替代疗法.
提出我自己的研究项目的经历, 获得结果以找到未解决问题的答案, 把它展示给更大的科学界，巩固了我把研究作为职业的愿望. 不断发展的研究本质是一个充满无限机会的智力奖励之旅, 推动人类知识的边界听起来是一项有益的努力. 我最近参加了生物医学博士的面试.D. 我正在考虑几份工作邀请. 研究提供动态, 跨学科, 为那些对知识充满热情的人提供创新的机会. 我想成为塑造未来的一份子, 对我们对世界的理解，尤其是对生物学的理解产生了持久的影响.
我要感谢我的导师. 克里斯汀·约翰逊，感谢她在我的大学生涯中始终如一的指导和支持. 她的耐心、鼓励和洞察力在这个研究项目中是无价的. 我也要感谢Dr. 约翰逊的实验室成员，我很高兴与他们分享这一奇妙的经历. 感谢哈默尔大学本科生研究中心的工作人员. Dana Hamel通过暑期本科生研究奖学金(SURF)为他们提供经济支持.
参考文献
巴赫,维.-H.; Long, N. P.; Luu, T.-T.-T.; Anh, N. H.; Kwon, S. W.; Lee, S. K. 叉头盒蛋白在癌症中的主导作用. 中国生物医学工程学报，2018,32 (1)，379. http://doi.org/10.3390/ijms19103279.
胰腺癌-癌症统计事实. 先见. http://seer.cancer.gov/statfacts/html/pancreas.html
Duldulao N. A.李，J., & 太阳,Z. (2010). 纤毛在细胞信号传导和人类疾病中的作用. 蛋白质 & 细胞，1(8)，726-736. http://doi.org/10.1007/s13238-010-0098-7
FOXN2在肾癌中的表达——人蛋白图谱. http://www.proteinatlas.org/ENSG00000170802-FOXN2/pathology/renal+cancer.
Fabbri L.; Bost, F.; Mazure, N. M. 原发性纤毛的癌症特征. 中国生物医学工程学报，2019,32 (6)，336. http://doi.org/10.3390/ijms20061336.
Golson, M. L.; Kaestner, K. H. Fox转录因子:从发育到疾病. 发展，2016,143 (24)，4558-4570. http://doi.org/10.1242/dev.112672.
戈麦斯,. E.克里斯特曼，A. K.Van De Weghe, J. C.， Finn, M., & 多尔蒂,D. (2022). 五种不朽细胞系纤毛特征及刺猬信号转导的系统分析. 科学通报，17(12)，e0266433. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0266433
Hassounah N. B.; Nunez, M.; Fordyce, C.; Roe, D.; Nagle, R.; Bunch, T.; McDermott, K. M. 纤毛发生的抑制促进了刺猬信号传导, 肿瘤发生, 和乳腺癌的转移. 癌症杂志，2017,15 (10)，1421-1430. http://doi.org/10.1158/1541-7786.MCR-17-0034.
刘,H.A . Kiseleva. A., & Golemis E. A. (2018). 癌症中的纤毛信号. 自然评论:癌症，18(8)，511-524. http://doi.org/10.1038/s41568-018-0023-6
妈,我.; Lu, Y.; Zhang, S.; Li, Y.; Huang, J.; Yin, Z.; Ren, J.; Huang, K.; Liu, L.; Yang, K.; Wu, G.; Xu, S. β-Trcp泛素连接酶和RSK2激酶介导的FOXN2降解促进肺癌的肿瘤发生和放射耐药. 细胞死亡不同. 2018, 25 (8), 1473–1485. http://doi.org/10.1038/s41418-017-0055-6.
内格尔,年代.; Pommerenke, C.; Meyer, C.; Kaufmann, M.; MacLeod, R. A. F.; Drexler, H. G. t细胞白血病肿瘤抑制网络的鉴定. Leuk. 淋巴瘤，2017,58 (9)，2196-2207. http://doi.org/10.1080/10428194.2017.1283029.
Quilichini E.; Fabre, M.; Dirami, T.; Stedman, A.; De Vas, M.; Ozguc, O.; Pasek, R. C.; Cereghini, S.; Morillon, L.; Guerra, C.; Couvelard, A.; Gannon, M.; Haumaitre, C. 胰管Hnf1b缺失破坏外分泌稳态, 导致胰腺炎, 促进肿瘤发生. 中华消化与肝脏杂志，2019,38 (3)，487-511. http://doi.org/10.1016/j.jcmgh.2019.06.005.
作者和导师简介
Nadine埃米尔”, 从曼彻斯特, 新汉普郡, 是工场澳门葡京网赌游戏计划和部落国家生物荣誉协会的成员. 她于2023年12月毕业于曼彻斯特的澳门葡京网赌游戏，获得生物技术学士学位. 她的研究得到了哈默尔大学本科生研究中心提供的暑期本科生研究奖学金，并在秋季学期继续这个项目, 把她的研究成果作为她毕业毕业项目的一部分. 纳丁加入了. 约翰逊的实验室，因为她钦佩她的教学和指导，并想从她那里学到更多. 胰腺癌的研究课题, 哪个以好斗著称, 这激起了纳丁的兴趣. 她也很好奇，想要制定自己的研究计划，并追求自己感兴趣的假设. 纳丁学到了很多东西，以进一步了解要进行什么实验, 他们的目的, 以及如何排除故障. 她探索了分子机制等主题, 信号通路, 以及它们在人类疾病中的作用, 她希望将来能更多地研究它们. 虽然研究有时很困难, 纳丁发现故障排除过程很有趣，并享受挑战. 她把她的研究报告提交给 调查 作为一种挑战自己的方式，有效地向普通观众展示结果. 她想在整个职业生涯中继续从事研究，并计划进入一所大学 Ph.D. 秋季课程. 她很高兴获得了进行独立研究的宝贵经验, 展示她的成果, 发表她的发现.
Dr. 克里斯汀C. 约翰逊 是曼彻斯特澳门葡京网赌游戏生命科学系的副教授, 自2017年以来，她一直在哪里教书. 她的研究方向是癌症生物学, 她教授细胞和分子生物学以及生物技术. Dr. 约翰逊是一名研究癌症的研究生，他一直对这一领域的研究充满热情. 她目前的研究项目是与哥伦比亚大学的一位朋友合作的结果. 她已经指导了50多名本科生研究人员，纳丁是她的第一个 调查 作者. Dr. 约翰逊将这个项目描述为有成功也有失败, 和其他的一样, 然而，纳丁却能随遇而安，并相应地适应. Dr. 约翰逊很幸运能与许多优秀的本科生一起工作，他为每个人都认真对待自己的角色并在实验室里努力工作而感到自豪. 纳丁是一位非常有才华的年轻女性，她对研究充满热情. 约翰逊. “我为纳丁的下一个冒险感到兴奋，因为她将在秋天开始研究生院的学习!”
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