RIF1基因在重离子辐射损伤反应中的作用和分子机制研究

Medical protection of heavy ion radiation damage is one of the key factors in counteracting space radiation to humans. It is an important component of heavy ion radiation study to explore human genes related to radiation protection and the underlying mechanisms by genomics and molecular biology techniques. In our previous studies using gene expression profiles and subnetnetwork analysis, we have identified RIF1 an essential factor envolved in cellular response to heavy ion radiation from the set of most differentially dysregulated genes. In this project, with special focus on cell cycle-dependent coupling regulation and DNA repair, we shall investigate the function and determine the regulatory mechanism of RIF1 in DNA double strand break (DSB) repair pathways after heavy ion radiation. Of great importance, we shall try to reveal the activation of RIF1 and its regulatory role in DSB repair pathway choice between non-homologous end joining (NHEJ) and homologous recombination (HR) would also be investigated. This study will be significant in promoting mechanisms and basic scientific evidences of heavy ion radiation damage. It will provide new technology and strategy for screening of molecular targets and drug discovery against space radiation.

重离子辐射损伤的医学防护是对抗空间辐射人体健康危害的关键之一。通过基因组学和分子生物学技术发掘辐射防护相关人类基因并研究其作用机制是重离子辐射损伤医学防护的重要内容。课题组前期从细胞重离子辐射损伤反应的众多差异表达基因和相关基因激活子网中，通过关联网络分析等计算生物学的方法，辨识出RIF1基因为重离子辐射损伤反应的关键响应基因。本项目将以此为基础，从细胞周期变化与DNA修复的偶联调控着手，深入开展RIF1基因在重离子辐射损伤下DNA双链断裂修复通路中的功能调节机制研究，重点探讨RIF1基因的功能是如何被启动和调控的，以及RIF1基因对重离子辐射诱发DNA双链断裂的非同源末端连接和同源重组修复功能的影响及修复通路选择的调节作用机制。课题的实施将为深入阐明重离子辐射损伤机制提供前沿基础科学依据，为对抗空间辐射损伤的分子靶标和候选药物研发提供新的思路与策略。

空间辐射对航天员健康的危害制约人类的空间探索活动，对其中重离子成分的医学防护研究是对抗空间辐射人体健康威胁的关键之一。通过基因组学和分子生物学技术发掘辐射损伤相关人类基因并研究其作用机制是重离子辐射损伤医学防护的重要内容。前期研究建立了基于基因表达谱和关联网络分析的辐射关键响应基因辨识方法并得到了验证。.本课题以此为基础，以地面装置模拟空间辐射环境，运用不同剂量的碳离子(12C6+)辐照正常人淋巴母细胞AHH-1。通过基于模拟退火的迭代搜索算法辨识不同剂量12C6+辐照及防护药物作用下的辐射相关基因激活子网，预测空间辐射损伤防护高关联度基因。从细胞周期变化与DNA损伤修复的偶联调控着手，开展RIF1基因在重离子辐射损伤下DNA双链断裂修复通路中的功能调节机制研究，重点探讨RIF1基因对重离子辐射诱发DNA双链断裂非同源末端连接和同源重组修复功能的影响及修复途径选择的调节作用机制。.我们首先在AHH-1细胞上辨识出PPM1A、CASP3、TFE3和RIN1等一系列潜在的空间辐射损伤防护高关联度基因。富集分析表明，它们显著富集的分子功能类别主要与转录调节、激活子活性等有关，细胞定位类别主要是核体、染色体等，生物过程类别主要与信号转导、RNA代谢和细胞定位调节等有关。其次，我们发现12C6+辐照后RIF1蛋白表达量显著上升，mRNA表达量在24 h内先升高后下降。敲低RIF1基因表达可影响细胞存活，诱导细胞凋亡，减轻辐照引起的G2/M期阻滞。防护药物VND3207可有效降低辐照后的细胞凋亡率。敲低RIF1基因，53BP1的foci数量显著变化，细胞倾向于选择非同源末端连接修复途径。另一方面，我们研究了DNA-PKcs，发现抑制其活性，EXO1蛋白表达水平增加，半衰期延长，稳定性增加，细胞倾向于选择同源重组修复途径。此外，γH2AX/H2AX在各时间点显著响应不同剂量12C6+辐照，可作为重离子辐射生物剂量计。.本课题所得关键基因为有针对性地进行空间辐射损伤防护药物研发提供了候选靶标，得出的结论为重离子辐射生物效应和防护药物作用分子机制的深入研究提供了线索，奠定了基础。