组蛋白乙酰化在酿酒酵母响应重金属镍胁迫中的调控作用

Heavy metal pollution has been a serious environmental pollution problem. Nickel is one of widespread heavy mental pollutant in environment. A long-term exposure to nickel and nickel compounds could cause cancer. However, the cytotoxic mechanism of nickel compounds was not understood clearly, such as the epigenetic regulation of nickel stress.. This project is focused on the histone acetylation regulation on the cytotoxic mechanism and gene expression under nickel stress by using the point mutation H3/H4 histones strains. It is useful to understand the nickel-induced cytotoxic and molecular mechanism, and provides theoretical basis for further research on the histone modification effect on eukaryotes response to heavy metals stress.

重金属污染一直是人类高度重视的环境污染问题。金属镍（Ni）是人类在职业及环境中广泛接触的重金属污染物之一，长期接触镍及其化合物具有强烈的致癌效应。但目前镍及其化合物的细胞毒性机制，特别是表观遗传调控机制尚不完全清楚。. 本项目利用组蛋白乙酰化定点突变菌株，研究组蛋白乙酰化对镍胁迫下酿酒酵母的细胞毒理（包括细胞生长、氧化损伤等）及基因表达（分子水平）的调控作用，为理解重金属镍的细胞及分子毒理奠定基础，同时为深入研究组蛋白修饰对真核生物响应重金属胁迫的调控作用提供理论依据。

重金属镍（Ni）是人类在职业及环境中广泛接触的重金属污染物之一，长期接触镍及其化合物具有强烈的致癌效应。但目前镍及其化合物的细胞毒性机制，特别是表观遗传调控机制尚不完全清楚。本项目筛选到一株酿酒酵母组蛋白定点突变菌株H4K5R(组蛋白H4第五位的赖氨酸突变为精氨酸，模拟该位点的去乙酰化)，该菌株在 5mM NiCl2 的胁迫下生长良好，具有较强的镍耐受性；随着胁迫浓度的增加，胞内Ni2+含量增加，且突变株内Ni2+含量显著高于野生型；相同浓度NiCl2处理下，该突变株氧化损伤小，抗氧化能力强，氧化应激程度轻；随着NiCl2胁迫浓度的增加，野生型BY4741中组蛋白H4的总乙酰化水平以及单个赖氨酸位点（H4K5、K12、K16、K9）的乙酰化水平均呈现先降低再升高的趋势，突变株中则整体呈下降趋势，表明H4K5位点乙酰化的去除可能影响了Ni2+对酿酒酵母组蛋白H4乙酰化修饰的改变；突变株与野生型菌株的RNA-seq分析表明差异表达基因主要为核糖体合成、rRNA合成以及RNA修饰相关基因，5mM NiCl2胁迫下，差异表达基因多归于核酸代谢、阳离子跨膜、能量产生、细胞壁结构相关term，分析镍耐受性可能与离子跨膜以及细胞壁组分的调整相关。KEGG主要富集的途径均为氧化磷酸化途径，但较野生型相比细胞色素氧化酶的装配因子Cox1、复合物IV亚基Cox2、Cox6A、Cu2+传导蛋白Cox11在突变株中均正常水平表达，推测这些基因在稳定线粒体中的电子传递以及膜电位变化过程中可能具有重要作用；5mM NiCl2胁迫下，野生型与突变菌株的CWI途径均被激活，但突变株中H4K5去乙酰化可能通过调控CWI途径中细胞壁感受器基因Mid2的表达量，不仅影响了下游调节因子Rho1的表达量，同时也影响了其直接效应分子甘露聚糖的含量，使其形成了更加致密的细胞壁外层，进而完善酿酒酵母细胞对氯化镍胁迫的响应机制。该项目为理解重金属镍的细胞及分子毒理奠定基础，同时为深入研究组蛋白修饰对真核生物响应重金属胁迫的调控作用提供理论依据。