ADP-核糖基化及相关组蛋白修饰在苯并芘诱发细胞转化中的作用研究

In the early studies we have investigated that ADP-ribosylation could protect 16HBE cells against cytotoxicity induced by BaP, and histone ADP-ribosylation could be found in 16HBE cells with BaP treatment. However, the role of histone ADP-ribosylation in BaP carcinogenesis is still unclear. Therefore, in this study, we will use of the different malignant transformation phase of normal 16HBE cells and PARG-deficient cells induced by BaP as the object. Firstly, we detect chromosome aberration, micronucleus formation and histone ADP-ribosylation, observe the dynamic changes of the effect of histone ADP-ribosylation on cell malignant transformation, and screen the specific ADP-ribosylation modified histone. Secondly, we use top-down mass spectrometry to high-throughput analysis the characterization of histone modifications in cell lines at different stages, and then investigate the interaction of ADP-ribosylation of histones with other histone modifications including acetylations, phosphorylations, methylations and ubiquitinations. Finally, we analysis all results and explore the molecular mechanism of histone modifications in the carcinogenic process induced by BaP. This study firstly explores the role of ADP-ribosylation and histone modifications in BaP carcinogenesis, which will provide new ideas for prevention and control of chemical carcinogenesis.

课题组前期研究发现ADP-核糖基化在苯并芘（BaP）致细胞损伤中发挥重要的调节作用，且BaP可诱导16HBE细胞组蛋白发生ADP-核糖基化，但组蛋白ADP-核糖基化在BaP致癌过程中的作用尚不清楚。本项目拟在前期研究的基础上，通过检测BaP诱导16HBE细胞和PARG缺陷细胞恶性转化过程中胞内组蛋白ADP-核糖基化、染色体畸变、微核形成等指标的变化，动态观察组蛋白ADP-核糖基化与细胞转归间的时空联系，明确组蛋白ADP-核糖基化修饰在BaP诱导细胞转化过程中的作用；同时借助Top-down质谱技术，识别和鉴定BaP作用相关的组蛋白ADP-核糖基化修饰，检测和分析特异性组蛋白甲基化、磷酸化、泛素化、乙酰化的修饰水平及位点信息，追踪组蛋白ADP-核糖基化与其他修饰间的联系，从分子水平上探讨组蛋白ADP-核糖基化在BaP致癌过程中的作用及可能机制，为化学致癌的防治提供有价值的线索。

苯并芘（BaP）是多环芳烃类（PAHs）中毒性最大的一种强烈致癌物，课题组前期研究发现BaP可诱导16HBE细胞组蛋白发生ADP-核糖基化，但组蛋白ADP-核糖基化在BaP致癌过程中的作用尚不清楚。为此，我们首先选用0、10、20、40μmol/L的BaP分别诱导处理16HBE细胞及其PARG缺陷细胞（shPARG细胞）发生恶性转化，通过检测两种细胞不同转化阶段（1W、9W、15W）的DNA损伤、染色体畸变、微核形成、细胞迁移率等指标的变化，发现：BaP可诱导正常16HBE细胞发生染色体畸变、微核形成、染色质结构改变及细胞恶性转化，但PARG基因沉默可对抗这些异常。在此基础上，分析两种细胞基因组DNA整体甲基化水平的变化，发现PARG基因沉默能逆转BaP诱导的16HBE细胞整体甲基化程度的降低；利用MeDIP-sequence技术筛选和分析特异甲基化基因，发现两种细胞内EGFR、EGF、SOS1、UBA3、MAPK10、WNT2b、WNT5b基因的甲基化水平存在显著差异，表明PARG基因沉默后，ADP-核糖基化可通过调控甲基化和泛素化修饰影响BaP致癌进程。进一步分析发现恶性转化的16HBE细胞内组蛋白H2A、H2B存在表达异常，而PARG沉默可维持组蛋白H2A和H2B的表达稳定，提示组蛋白H2A、H2B可通过ADP-核糖基化修饰抑制BaP致癌进程；借助LC-MS/MS技术识别和鉴定BaP作用相关的组蛋白ADP-核糖基化修饰模式，发现BaP可诱导以下位点发生乙酰化和甲基化修饰：H2AK5Ac、H2AK9Ac、H2AK13Ac、H2A.ZK4K7K11Ac和H2AK9Me，而ADP-核糖基化可抑制H2AK9单甲基化修饰对抗BaP致癌进程。