miRNA、lncRNA及其交互作用在PM2.5致肺癌中的机制研究

Long-term exposure to airborne PM2.5 is a definite risk factor for lung cancer. The expression changes for genes, which involved in common pathways of carcinogenesis, are considered as the key events of lung carcinogenesis by PM2.5 exposure. However, the mechanism underlying these gene expression changes remains to be further elucidated. Seldom reports focused on the roles of miRNAs and lncRNAs, two pivotal epigenetic regulators, in gene deregulation in response to PM2.5. In this study, we would combine bioinformatics and experimental approaches, and serially screen the pivotal genes involved in carcinogenesis and response to PM2.5 exposure using public toxicology and tumor databases, predict the regulatory miRNAs and lncRNAs for the candidate genes, examine the expression levels of genes, miRNAs and lncRNAs under PM2.5 exposure, in which utilizing the PM2.5 recruited in Beijing, Wuhan and Qingdao, and then investigate their interacting roles in genes deregulation and lung carcinogenesis. The results of this project will provide novel strategies and theoretical foundations for the prevention and clinical therapeutic decision of lung cancer.

细颗粒物PM2.5是肺癌发病的明确环境因素，PM2.5应答通路相关基因的表达失调是肺癌发生的关键事件，然而其失调机制尚未阐明。miRNA和lncRNA是调控基因表达重要的表遗传分子，其在PM2.5应答通路相关基因表达失调及PM2.5致肺癌中的机制有待进一步研究。本项目将生物信息学分析和功能研究有机结合，首先通过整合毒理学及肿瘤学数据库，筛选出参与肿瘤发生发展及PM2.5应答的基因作为靶基因，预测出调控其表达的miRNA和lncRNA；继之以北京、武汉和青岛的PM2.5样本检验细颗粒物对候选基因、miRNA与lncRNA表达的影响；最后，采用系统的功能实验阐明miRNA与lncRNA及其交互作用在PM2.5应答基因表达及PM2.5致肺癌中的调控机制。这些研究成果将为系统阐明PM2.5致肺癌的生物学机制、筛选可应用于肺癌早期诊断的分子标志和治疗靶点提供基础。

细颗粒物PM2.5是肺癌发病的明确环境因素，PM2.5应答通路相关基因的表达失调是肺癌发生的关键事件，然而其失调机制尚未阐明。（1） 我们首先以抗氧化酶HMOX1为研究对象，首次报道hsa-miR-760作为PM2.5暴露的应答miRNA，经过“非经典” miRNA调控机制，即hsa-miR-760通过靶向HMOX1的编码区而上调HMOX1的表达，从而降低ROS水平，降低 PM2.5暴露诱导的细胞凋亡。我们首次在毒理学领域揭示“非经典” miRNA调控现象的存在，对于解析化学致癌中的生物学机制具有重要价值。（2）我们针对PM2.5致肺癌机制进行系统毒理学研究，利用权威毒理学数据库CTD，从肺脏毒性相关168篇文献筛选出422个苯并(a)芘应答基因，发现苯并(a)芘致癌过程中可能扰动的关键毒性通路包括：AHR信号通路、P53通路、NRF2通路等。我们采用Ahr激活作为分子起始事件（MIE），以前述通路的关键基因作为关键事件（KE），成功构建Ahr激活至肺癌发生的有害结局路径（AOP），最后我们采用TCDD和PM2.5作为验证毒物，证实该AOP的准确性，另外，将非编码RNA纳入AOP框架的工作正在进行。我们首次创立基于“毒性通路”构建AOP的研究方法，对于明确PM2.5致癌的关键毒性通路和分子、推动系统毒理学的发展具有重要意义。（3）荧光RNA迁移率变动实验（FREMSA）是本课题组独创的观测RNA-RNA交互作用的技术平台，我们继续对其进行优化，获得两项发明专利。mRNA发生m6a甲基化的修饰位点如果位于miRNA的seed区，就可能影响RNA-RNA交互作用，我们发现FREMSA技术可以清晰的展示该效应。此外，我们还发现FREMSA可准确观测piRNA与靶向RNA的交互作用，表明FREMSA是研究非编码RNA的有力工具。总之，我们揭示了非编码RNA的“非经典调控”机制，率先开展系统毒理学研究并取得突破性进展，并建立了非编码RNA机制研究新的技术平台，这些研究成果将为系统阐明PM2.5致肺癌的生物学机制提供基础。