脉络膜新生血管过程中APOBEC1介导的表观遗传学改变及其调控机制

Choroidal neovascularization (CNV) is the involved in various vision-threatening eye diseases such as age-related macular degeneration. Epigenetic regulation plays an important role in the development of CNV. Nevertheless, such regulation mechanism has not been fully elucidated. Our preliminary results show that DNA demethylation and a related enzyme APOBEC1 are probably involved in CNV. Therefore, we hypothesize that epigenetics of APOBEC1 is involved in CNV. The mechanism might be that APOBEC1 influences expression of immune response genes by mediating DNA demethylation and RNA-editing and DNA demethylaiton, and eventually leads to CNV. To test this hypothesis, the current proposal attempts to evaluate role of APOBEC1 in DNA demethylation and RNA-editing during CNV. The effects of APOBEC1 on gene expression and cellular behavior will be assessed by overexpression and knockdown of APOBEC1 in vitro in choroidal endothelial cell lines, and mouse retina/choroid explant. RNA-seq will used to characterize RNA-editing sites in transcriptome, and fluorescent polarization and whole-genome bisulfite sequencing genome-wide DNA methylation level and profiling will be used to study the dynamics of DNA demethylation during CNV. Animal models such as APOBEC1 knockout mice will be used to study the effects of APOBEC1 on epigenetics CNV in vivo, and perform gene network analysis using both RNA-seq and system biology approaches. The expected results will unveil the relationship between APOBEC1 and epigenetic regulation of CNV.

脉络膜新生血管（CNV）是多种严重致盲性眼病的重要原因，表观遗传调控可能起重要作用，但具体机制尚未完全明确。我们的前期研究表明，CNV过程中可能存在DNA脱甲基化，胞苷脱氨酶APOBEC1很可能起重要作用。据此我们出假说，APOBEC1参与CNV的表观遗传调控，其机制可能是通过介导DNA脱甲基化及RNA编辑，调控相关基因网络，引起炎症反应等并最终导致CNV。为验证假说，我们拟在视网膜/脉络膜内皮细胞及培养组织中沉默和过表达APOBEC1，分析其与DNA脱甲基化和RNA编辑的关系及对相关基因以及细胞形为学的影响;在激光诱导CNV小鼠中利用高通量测序寻找免疫相关基因的脱甲基化靶位点及RNA编辑位点等;以APOBEC1基因敲除小鼠等为动物模型，结合转录组测序和系统生物学研究体内CNV中相关表观遗传调控的基因网络。通过本研究，期望能明确CNV中APOBEC1介导的表观遗传机制，探索新的治疗策略。

脉络膜新生血管（CNV）是包括年龄相关性黄斑变性（AMD）在内的多种严重致盲性眼病的重要病理基础，表观遗传调控在其中可能起重要作用，但具体机制尚未完全明确。本项目通过体内动物模型和体外细胞实验，结合生物信息学分析，首次对APOBEC1和其介导的RNA编辑等表观遗传改变在 CNV 中的作用和调控机制进行了深入的系统性探讨和研究。在前期2项国家自然科学基金所资助工作的基础上，本项目通过体内动物模型，获得了激光诱导CNV小鼠视网膜中RNA编辑的动态数据，深入解析了其变化特点和规律，并揭示其潜在影响的基因功能与信号通路；明确了APOBEC1等关键RNA编辑酶在CNV过程存在差异性表达，揭示了其表达水平与CNV过程中表观遗传改变的对应关系；结合单细胞转录组测序，鉴定了高表达APOBEC1的关键细胞群体及其特征性表达谱，有助于在单细胞水平理解APOBEC1的表达及其介导的表观遗传改变的意义；利用生物信息学流程对AMD患者视网膜的转录组测序数据进行分析，揭示了AMD患者视网膜中的RNA编辑存在显著改变，并且与小鼠之间存在跨物种的保守RNA编辑靶基因；构建了APOBEC1 基因敲除小鼠，分析了APOBEC1基因缺失对CNV小鼠视网膜中基因表达调控及RNA 编辑的影响，在体内水平证明了APOBEC1在CNV表观遗传中的重要作用；在人视网膜色素上皮细胞中过表达APOBEC1，进行转录组测序分析，从而在体外进一步验证了其调控的炎症及免疫相关靶基因及其调控网络。根据项目的部分数据和建立的技术方法，已撰写发表了8篇以上论文，其中包括JCR一区1篇和二区3篇，在5次以上国内外学术会议进行过汇报，并获得2人次省级和1 人次市级人才头衔，培养博十后2名和研究生2名。本项目的研究为理解APOBEC1及其介导的表观遗传学在CNV的发生发展过程中的潜在作用提供了较充实的数据和实验依据，也为以RNA编辑为生物标识物开发临床诊断和治疗新的途径和新靶点提供了重要的参考。