环境雌激素对DNA羟甲基化的干扰效应与分子作用新机制研究

Environmental estrogens have the estrogenic activity and therefore stimulate or interfere with estrogen action. They seriously threaten the health of organisms and humans, and their pathogenesis is one of the key issues in environmental toxicology and medical research. DNA hydroxymethylation (5hmC), a recently found DNA modification via oxidation of 5-methylcytosine (5mC) catalyzed by Tet proteins, plays important roles in the embryo development, brain function, cancer occurrence and so on. Our preliminary results show that environmental estrogens can change the level of DNA hydroxymethylation, however, the pertinent biological consequences and mechanisms are largely not known. In this project, using human breast cancer cell lines MCF-7 combined with the CRISPR/Cas9 knockdown technique and genome-wide sequencing analysis, aims to study the toxic effect and regulation mechanism of environmental estrogens on the DNA hydroxymethylation modification, investigate the roles of DNA hydroxymethylation in the toxicological effects of environmental estrogens, and provide the experimental evidence and new mechanistic insights for toxicological and health impacts of environmental estrogens.

环境雌激素是具有类似生物体内雌激素活性，进入人体后可产生具有模拟或者干扰雌激素作用的环境毒素，它们严重威胁生物体和人体的健康，其致病机理的探索已成为环境毒理学和医学研究共同关心的关键问题之一。DNA羟甲基化，即5-羟甲基胞嘧啶，是由Tet酶介导的、催化氧化DNA 5-甲基胞嘧啶而形成，在胚胎发育、大脑功能以及癌症发生等方面发挥重要作用。我们初步的研究表明，环境雌激素可改变DNA羟甲基化，但是尚不清楚它们如何影响或改变DNA甲基化-Tet酶-DNA羟甲基化作用轴以及后果如何。本项目旨在利用正常人体乳腺细胞系和多种乳腺癌细胞系，结合CRISPR/Cas9敲除技术和全基因组甲基化、羟甲基化测序分析，研究环境雌激素对DNA羟甲基化水平和分布的影响及调控机制，分析DNA羟甲基化在环境雌激素毒害效应中的功能和作用，进而探索基于DNA羟甲基化调控的环境雌激素干扰新机制。

环境雌激素引起的人类疾病以及其致病机理的探索已成为环境毒理学和医学研究共同关心的关键问题之一。双酚类内分泌干扰素双酚A (Bisphenol A, BPA)和双酚S (Bisphenol S, BPS)，通过调控雌激素受体 (estrogen receptor, ER) 严重威胁人体健康。DNA羟甲基化，即5-羟甲基胞嘧啶 (5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)，是由TET (ten-eleven translocation) 酶介导的、催化氧化DNA 5-甲基胞嘧啶 (5-methylcytosine, 5mC) 而形成，在胚胎发育、大脑功能以及癌症发生等方面发挥重要作用。环境雌激素可改变DNA羟甲基化，但是尚不清楚它们如何影响或改变DNA甲基化-Tet酶-DNA羟甲基化作用轴以及后果如何。.本项目研究了ER alpha受体对TET蛋白的调控以及它们在BPA和BPS诱导的乳腺癌细胞增殖中的作用机制。BPA和BPS通过调控ER alpha显著促进乳腺癌细胞MCF-7的增殖并降低基因组DNA 5hmC水平。在这个过程中，TET2的表达受ER alpha受体的负调控在这个过程中起着主要作用。ER alpha 通过DNA甲基转移酶 (DNA methyltransferase，DNMT) 蛋白上调TET2基因启动子区域的甲基化来抑制TET2的表达。同时，本项目还开展了ER alpha与组蛋白去甲基化酶KDM2A之间的相互作用以及它们对TET2的调控机制及其再BPA和BPS诱导的乳腺癌细胞增殖中的作用。在BPA和BPS诱导的MCF-7细胞增殖中，ER alpha的正向调控KDM2A表达的上升来促进细胞增殖。在这个过程中，KDM2A能够抑制TET2的表达和降低5hmC的含量。进一步的实验发现KDM2A一方面负调控TET2表达和5hmC的水平，一方面通过促进H3K36me2的去甲基化，通过降低TET2与染色质的结合来抑制其生成5hmC的功能，进而促进BPA和BPS诱导的乳腺癌细胞增殖。.总结以上，本项目利用乳腺癌细胞，研究了环境雌激素BPA及BPS暴露对TET蛋白功能及DNA羟甲基化水平的影响，分析了雌激素受体ER alpha对TET2蛋白和DNA羟甲基化的调控机制，探讨了ER受体-TET酶-DNA羟甲基化作用轴以及它们在乳腺癌细胞增殖中的作用。