苯并(a)芘诱导支气管上皮细胞恶变中环状RNA转录调控的新机制

Epigenetic changes, including altered expression of non-coding RNAs, are important mechanisms for environmental chemical carcinogenesis. Our team studied the mechanisms of non-coding RNAs in chemical carcinogenesis, and firstly reported the mechanism of linear RNAs (including miRNAs and lncRNAs) and circular RNAs (circRNAs) in toxicology worldwide, with 41 relative SCI papers published. We have made intensive research on the role and post-transcriptional regulatory of circRNAs in chemical carcinogenesis. Apart from the known post-transcriptional regulatory mechanism, our previous studies indicated a novel scientific issue that circRNAs play transcriptional regulatory role in chemical carcinogenesis. In this project, low dose- benzo(a)pyrene-induced malignant transformation cell model and carcinogenesis animal model will be constructed. Bioinformatics analysis, research strategy of gene function and advanced molecular biological experiments will be performed to investigate the functional circRNAs and transcription factors. Furthermore, the gene and protein regulated by the transcription factor will be found, and the transcriptional regulatory mechanism will be illuminated. This project will take the lead to carry out the research on transcriptional regulatory mechanism of circRNAs, and deeply reveal the mechanism of non-coding RNAs in chemical carcinogenesis. That could provide not only new theory of toxic effect in epigenetics, but also new space for the translational toxicology.

包括非编码RNA在内的表观遗传学改变是环境化学致癌重要机制。本课题组对化学致癌非编码RNA机制进行了系列探索，在国际毒理学领域最早报道了线性RNA(miRNA、lncRNA)及环状RNA(circRNA)研究，发表SCI论文41篇。对circRNA在化学致癌中的作用和转录后水平调控已作了深入研究，除已知的转录后调控外，我们前期实验提示了化学致癌中存在circRNA转录水平调控这一新的科学问题。本项目拟通过苯并(a)芘低剂量诱导人支气管上皮细胞恶变和小鼠肺癌模型，以生物信息学分析、基因功能研究策略及分子生物学新技术，探寻在细胞恶变中有功能的circRNA及其调控的转录因子，并进一步鉴定转录因子作用的基因和蛋白，阐明转录调控机制。本项目将在毒理学领域率先开展circRNA的转录调控研究，全面揭示化学致癌非编码RNA机制，不仅为毒作用的表观遗传学增添新理论，也为转化毒理提供新发展空间。

本研究成功以苯并(a)芘等环境致癌物构建了细胞恶性转化模型及动物研究模型，分析了细胞生物学恶性特性，进行了裸鼠异体移植瘤等系列实验。在构建的恶性转化细胞中，检测了内含子来源、核定位环状RNA的表达水平，并通过慢病毒质粒构建了环状RNA稳定敲低/过表达的 loss-of-function 及 gain-of function 功能研究体系，对目标环状RNA在人支气管上皮恶性转化细胞中的功能进行了深入研究与探索。通过RNA pulldown、质谱检测、生物信息学分析等手段，鉴定并验证了目标环状RNA与转录相关蛋白的相互作用，并在环状RNA过表达或敲低的细胞中检测了转录相关因子等作用靶点的表达水平及甲基化等改变，明确了在致癌物诱导细胞恶变中环状RNA的调控作用。研究进一步探索了环状RNA调控基因转录的具体机制，顺利推进并完成了项目预期研究计划，发现并阐述了苯并(a)芘等环境致癌物诱导支气管上皮细胞恶变中环状RNA调控的新机制。本研究揭示了在环境化学物致癌过程中环状RNA的生物功能与转录调控等环节的新机制，在疾病发生的层面验证了环状RNA的重要作用，为肿瘤早期诊断、筛查和化学致癌防治策略提供了新的理论和科学支持。. 本研究已按计划目标推进并完成，寻找到与环境致癌物诱导肺癌发生相关的多个环状RNA，对目标环状RNA调控肺癌发生进展中的功能及分子机制进行了系统探索，揭示了环状RNA在苯并(a)芘、NNK及香烟有害物等致癌物诱导支气管上皮细胞恶变和肺组织癌变中环状RNA调控的新机制。研究内容发表 SCI 论文 11 篇，其中影响因子 10 以上 4篇。项目培养青年教师 4 人，博士硕士研究生 8 人，多位研究生在全国学术会议上获优秀论文奖。课题负责人就本项目研究内容，应邀在中国毒理学大会等全国学术大会上作报告多次。.