Nrf-2在纳米SiO2诱导细胞恶性转化中的作用及表遗传机制研究

Nrf2-mediated antioxidant signaling pathway and epigenetics are two important modification system in eukaryotic cells, which both play an important roles in tumorigenesis, but the relationship between them has not been elucidated. The current project will use nano-SiO2 induced bronchial cell malignant transformation as a model to carry out three stages of study: ①Nrf-2 defective and high expression cell lines are constructed, after being long-term induced by nano-SiO2, and explore the influence of Nrf-2 expression levels on nano-SiO2 induced carcinogenic process; ② Multi-stage dynamic monitoring the expression levels of Nrf-2 and its downstream target genes during the malignant process, draw the Nrf-2/ARE signal pathway, and explore the epigenetic mechanisms; ③ Epigenetic enzymes inhibitors are used to interfere the epigenetic characteristics of malignant cells, then detect the expression levels of Nrf-2 and its downstream target genes , further explore the epigenetic regulation mechanisms for Nrf-2 in the process of malignant transformation induced by nano-SiO2. Implementation of the project will not only provide genetic and epigenetic information for carcinogenic mechanisms induced by nano-material long-term exposure, provide targets for the prevention and treatment of chemical carcinogens, and theoretical basis for exploiting Nrf-2, genetic related anticancer drugs.

由Nrf-2介导的抗氧化信号通路和表观遗传学是真核细胞内两大重要的调控体系，在肿瘤发生和防治中起重要作用，但两者之间的作用关系尚未阐明。本项目拟以nano-SiO2诱导人支气管上皮细胞恶性转化为模型，开展三阶段研究：①构建Nrf-2缺陷和高表达细胞株，经nano-SiO2长期诱导后，探讨Nrf-2表达对细胞恶变进程和表型的影响；②动态监测细胞恶变过程中Nrf-2及下游靶基因的表达改变，绘制Nrf-2/ARE信号通路，并探讨表观遗传学调控机制；③采用表遗传酶类抑制剂干预恶变细胞的表遗传特征，检测细胞中Nrf-2/ARE通路的表达改变及细胞表型的转归，进一步探讨Nrf-2在nano-SiO2诱导细胞恶性转化过程中的表遗传调控机制。项目的实施不仅可为纳米材料长期暴露诱发肿瘤的作用机制提供遗传学和表遗传学信息，更能为化学致癌的预防和治疗提供靶点，为Nrf-2和表遗传相关抗癌药物的研发提供理论依据。

由Nrf-2介导的抗氧化信号通路和表观遗传学是真核细胞内两大重要的修饰体系，它们在肿瘤发生中起重要作用，但两者之间的关系尚未阐明。本项目以nano-SiO2诱导人支气管细胞恶性转化为模型，开展三阶段研究：①构建Nrf-2基因缺陷和高表达细胞株，经nano-SiO2长期诱导处理后，探讨Nrf-2表达水平对致癌进程的影响；②多阶段动态监测细胞恶变过程中Nrf-2及其下游靶基因的表达改变，并探讨表观遗传学调控机制；③采用表遗传酶类抑制剂干预恶变细胞的表遗传特征，检测细胞中Nrf-2及其下游靶基因的表达改变，进一步探讨Nrf-2在nano-SiO2诱导细胞恶性转化过程中的表遗传调控机制。结果显示：①本研究成功构建两种人支气管上皮细胞恶性转化细胞模型，Nrf-2基因缺失可显著增加细胞的恶性转化进程，而Nrf-2基因高表达可有效延缓细胞的恶性转化进程；②在nano-SiO2诱导人支气管细胞恶性转化过程中，基因组DNA整体甲基化水平逐渐降低；③Nrf-2基因的表达水平呈现逐渐增高的趋势，其下游调控靶基因HO-1、SOD和GST的表达水平亦呈逐渐增高的趋势；④Nrf-2基因启动子区目的片段甲基化水平逐渐降低，H3ac和H3K9ac的修饰水平呈增高的趋势，而H3K9dime和H3K27trime的修饰水平呈降低的趋势；⑤通过DNA甲基化酶抑制剂DAC和组蛋白去乙酰化酶抑制剂TSA处理癌变细胞后，Nrf-2基因及其下游3种靶基因的表达水平呈现不同程度的增高趋势，而两种癌变细胞的恶性程度却未出现明显改变。研究表明，nano-SiO2具有潜在的诱导人类细胞恶性转化能力，胞内Nrf-2的表达水平可影响细胞恶性转化的进程；Nrf-2启动子区的DNA甲基化模式和组蛋白修饰状态是调控Nrf-2基因转录表达的重要机制，在nano-SiO2诱导人类细胞恶性转化过程中起重要调控作用。本项目的研究不仅可为纳米材料长期暴露诱发肿瘤的作用机制提供遗传学和表遗传学信息，更能为化学致癌的预防和治疗提供靶点，为Nrf-2和表遗传相关抗癌药物的开发提供理论依据。