5-甲基胞嘧啶氧化酶TET2在氧化应激损伤中的作用及分子机制研究

Ischemia reperfusion (IR) induces oxidative stress in target organs and alters large-scale gene expression.Our previous work revealed that 5-methylcytosine dioxygenase TET2 and global 5-hydroxymethylcytosine level are downregulated in mouse kidney insulted by IR, suggesting that TET2-catalyzed DNA hydroxymethylation/demethylation may contribute to oxidative stress-induced chroamtin remodeling and gene transcription. The "peroxide-stimulated oxidative stress in kidney cells" and "mouse renal ischemia reperfusion" will be used as in vitro and in vivo models in this study. We will investigate the role of TET2-catalyzed DNA hydroxymethylation/demethylation in chromtain remodeling and gene transcription under oxidative stress. We will also profile the genome-wide changes of DNA hydroxymethylation and methylation in mouse kidney upon IR injury. Our results will uncover the epigenetic mechanism underlying oxidative stress-associated gene regution and provide novel ways and targets for the prevention and therapy of IR injury.

缺血再灌注引起靶器官氧化应激并导致大量基因表达改变。我们的前期工作发现5-甲基胞嘧啶氧化酶TET2在小鼠肾脏缺血再灌注损伤过程中表达水平降低，同时肾脏基因组DNA中5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）水平减少，提示TET2蛋白催化的DNA羟甲基化/去甲基化可能参与氧化应激引起的染色质重塑与基因转录调控。在本项目中，我们采用"过氧化氢处理人肾细胞"及"小鼠肾脏缺血再灌注"作为体外和体内的氧化应激损伤模型，研究TET2催化的5-甲基胞嘧啶（5mC）氧化与DNA去甲基化在氧化应激损伤中作用，揭示DNA羟甲基化与甲基化修饰在小鼠肾脏缺血再灌注损伤过程中的动态变化以及与基因转录的关系。研究结果有助于阐明氧化应激调控基因转录的表观遗传机制，同时也为急性缺血再灌注损伤的预防和治疗提供新思路。

缺血再灌注损伤常见于外科手术，是围术期病人致残与致死的主要原因之一。我们的前期工作发现5-甲基胞嘧啶氧化酶Tet2在小鼠肾脏缺血再灌注损伤过程中表达水平降低，同时肾脏基因组DNA中5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）含量减少，提示Tet2及其催化的5mC氧化可能参与了肾脏缺血再灌注损伤过程。在本项目中，我们绘制了世界上首个小鼠肾脏的5hmC全基因组分布图谱并发现了缺血再灌注损伤响应基因的基因本体区（Gene body）具有5hmC富集。其次，我们采用Tet2基因敲除小鼠为模型发现Tet2基因敲除可以加重小鼠肾脏缺血再灌注损伤；最后，我们通过基因芯片技术发现了小鼠肾脏中受Tet2调控的一系列下游基因（可能是Tet2发挥保护作用的下游效应分子）。我们的研究结果从表观遗传调控角度阐明了Tet2在肾脏缺血再灌注损伤中的保护性作用，为进一步探索肾脏缺血再灌注损伤的分子机制奠定了基础，同时也为今后肾脏缺血再灌注损伤的预防和治疗提供新思路。