lncRNA在纳米镍致大鼠睾丸生殖细胞凋亡中的作用和调控机制

The biological effects of nanomaterials have been investigated intensively in recent years. Our preliminary studies show that, nickel nanoparticles, as one of the most promising nanomaterials, can induce testicular germ cell apoptosis of rats. However, the underlying molecular mechanism is still not clear. As a new type of non-coding RNAs, lncRNA may be closely related to the regulation of apoptosis in reproductive tissues. The aim of this study is to use LncRNA gene chip technique to detect different lncRNA expression in the process of apoptosis of testicular germ cell in rats induced by nickel nanoparticles. Bioinformatic analysis is used to select the lncRNAs targeting apoptosis-related gene and protein, in order to further clarify its regulatory mechanism. lncRNA knockdown or overexpression vectors will be used to downregulate or upregulate the gene expression. The role of target lncRNAs in the process of testicular germ cell apoptosis of rats induced by nickel nanoparticles in cells will be analyzed. Indirect or direct regulation of target lncRNAs to the apoptosis-related gene and protein will be also clarified. We hope to make clear the molecular mechanisms involved in target lncRNAs of testicular germ cell apoptosis in rats induced by nickel nanoparticles, which will be important for revealing the molecular mechanisms of reproductive toxicity induced by nanomaterials and determining the exposure limit standard for nickel nanoparticles.

纳米材料生物效应已引起高度重视，作为目前具有广泛应用前景的纳米材料之一，纳米镍可诱导大鼠睾丸生殖细胞凋亡，但在此过程中涉及的分子机制依然不清楚。作为一类崭新的非编码RNA，lncRNA与生殖发育和凋亡密切相关，但绝大多数lncRNA生物功能和调控机制尚不清楚。在前期基础上，本研究拟通过lncRNA基因芯片识别在纳米镍诱导大鼠睾丸生殖细胞凋亡过程中的差异表达lncRNA，并对其进行生物信息学分析，对可能靶向凋亡关键基因和蛋白的lncRNA分子，进一步阐明其调控作用。构建目标lncRNA干扰或过表达载体下调或上调其表达，通过细胞和动物模型分析目标lncRNA在纳米镍诱导睾丸生殖细胞凋亡中的作用，并通过间接和直接方式明确目标lncRNA对凋亡关键基因和蛋白的调控，探讨目标lncRNA参与纳米镍诱导大鼠睾丸生殖细胞凋亡发生的分子调控机制，以期为保护生殖健康及制定纳米镍安全评价标准提供科学依据。

纳米材料生物效应已引起高度关注，作为目前具有广泛应用前景的金属纳米材料之一，纳米镍可诱导大鼠睾丸生殖细胞凋亡。但目前对纳米镍的生殖毒性分子调控机制知之甚少，在此过程中涉及的lncRNA改变与机制关系依然不清楚。本项目以纳米镍致大鼠睾丸生殖细胞凋亡为切入点，对暴露于纳米镍后生殖系统的改变进行检测。同时，通过lncRNA基因芯片识别在纳米镍诱导大鼠睾丸生殖细胞凋亡的差异表达lncRNA，并构建低表达载体，分析目标lncRNA在纳米镍诱导睾丸生殖细胞凋亡中的作用。纳米镍颗粒的生殖细胞凋亡研究发现，纳米镍使细胞存活率呈剂量依赖性下降，且随着纳米镍染毒剂量的升高，细胞凋亡率呈剂量依赖性增加。高通量基因芯片筛选纳米镍诱导生精-支持细胞凋亡中的差异lncRNA，并利用RT-qPCR进行检测，结果表明，LOC102551356在100 µg/ml纳米镍染毒组表达水平明显上调，且RT-qPCR与芯片检测结果一致。并推测LOC102551356可能通过作用于潜在靶基因IGF-BP3而参与线粒体凋亡途径来影响大鼠睾丸生精-支持细胞凋亡的发生发展。LncRNA在纳米镍诱导大鼠生精-支持细胞凋亡中的调控机制研究发现，LOC102551356低表达腺病毒载体转染细胞后，LOC10255136在纳米镍诱导大鼠生精-支持细胞凋亡中具有调控功能，可以影响暴露于纳米镍的培养细胞的线粒体膜电位、Caspase活性和凋亡的水平。IGF-BP3与纳米镍诱导大鼠生精-支持细胞凋亡存在关联，LOC102551356在纳米镍诱导大鼠生精-支持细胞凋亡过程中起到靶向调控IGF-BP3的表达，进而导致细胞凋亡的发生。WB结果显示，LOC102551356靶向调控IGF-BP3的表达后，会影响线粒体依赖的凋亡途径，从而影响凋亡结果。研究围绕任务书所确立的主要内容开展，如期完成预期目标，课题研究结果为保护生殖健康及制定纳米镍安全评价标准提供科学依据。本研究共发表学术论文10篇，其中SCI收录7篇，另有已接收SCI论文3篇。参加全国会议1次。指导毕业硕士研究生1名，目前指导硕士生2名。