IER5基因在宫颈癌细胞受辐射损伤后DNA修复和细胞凋亡过程中的作用机制

Radiosensitivity is one of the major factors affecting the radiation treatment effect in cervical cancer. It was found in the group's previous research that the mRNA level of IER5 (immediate-early response gene 5) in HeLa cell was up-regulated by ionizing radiation; siRNA-mediated suppression of IER5 (RNAi) resulted in an increased proliferation and a stronger radio-resistance of HeLa cells; IER5 gene over-expressed could inhibit the growth of HeLa cells and promote cell apoptosis induced by radiation. Therefore, this project intends to analysis further the mechanism of action of IER5 gene in the process of DNA repair and apoptosis after DNA damage induced by irradiation in human cervical cancer cells. The experiment will precede in three aspects including isolated tumor cells, the nude mice inoculated tumor cells, clinical specimens of cervical cancer. The tumor cells include SiHa, HeLa, the SiHa and HeLa cell modles with silenced and increased IER5 expression by using RNA interference and gene over-expression technology. Individually, the mRNA and protein expression of IER5 gene, DNA repair related genes and apoptosis related genes will be detected simultaneously before and after radiation. The data will be analyzed comparativelly and the correlation will be assessed. All of above is to find out the mechanism of action of IER5 gene in cells after radiation damage.This project will explore whether IER5 gene is the sensitization target potentially in cervical cancer radiotherapy.

辐射敏感性是影响宫颈癌放疗效果的重要因素之一。本课题组在前期研究中发现辐射能诱导宫颈癌HeLa细胞IER5基因mRNA表达上调；该基因沉默（RNAi）能促进HeLa细胞生长，且对辐射表现出抗性；该基因过表达能抑制HeLa细胞生长，并促进辐射诱导的细胞凋亡。因此，本项目拟进一步对IER5基因在宫颈癌细胞受辐射损伤后的DNA修复、细胞凋亡过程中可能的作用机制进行研究，从培养离体细胞株SiHa 和HeLa，并构建这两种细胞株的IER5基因表达抑制细胞模型和过表达细胞模型、接种上述细胞成瘤的裸鼠以及临床宫颈癌样本三个层面展开，分别测定其辐射前后IER5基因mRNA和蛋白表达情况，并同时测定DNA损伤修复相关蛋白基因和凋亡相关蛋白基因的表达，进行对比及相关性分析，以期找到细胞受辐射损伤后IER5基因发挥作用的通路，并探索IER5基因是否为影响宫颈癌放疗效果的关键基因。

辐射敏感性是影响宫颈癌放疗效果的重要因素。已有研究证实IER5基因过表达能促进辐射诱导后宫颈癌细胞的细胞凋亡，从而推测提高IER5基因表达量可增加宫颈癌细胞放射敏感性，然而，目前对于该基因的研究尚不完善。本项目组从离体细胞模型、接种上述细胞成瘤的裸鼠以及临床宫颈癌样本三个层面上，对IER5基因在宫颈癌细胞受辐射损伤后的DNA修复、细胞凋亡过程中可能的作用机制进行了实验研究。辐射效应关系试验研究表明，辐射后在细胞、裸鼠及临床样本中IER5蛋白及mRNA表达均升高，其中，在细胞模型中： SiHa细胞照射后2小时IER5蛋白及mRNA的表达为最高，HeLa细胞照射后4小时IER5蛋白表达最高，两种细胞受4Gy的照射后IER5蛋白及mRNA的表达均为最高；成瘤裸鼠中：裸鼠经过8Gy辐射后肿瘤组织有明显减小，IER5-overexpression-HeLa /SiHa组较HeLa/ SiHa组移植瘤体积缩小更加显著；宫颈癌组织中：在放射剂量为10Gy、20Gy、30Gy时的IER5蛋白和mRNA表达显著高于放疗前。在不同层面上探索了该基因在宫颈癌细胞受辐射后的生物学特性。对IER5在DNA损伤修复通路中的作用研究发现，IER5参与辐射后的DNA损伤修复，且其与非同源末端链接途径相关基因PARP1、Ku70存在相互作用。对IER5在细胞凋亡过程中的作用机制分析发现，在细胞模型中：IER5沉默导致辐射诱导的SiHa 细胞凋亡率降低，IER5过表达可促进辐射诱导的SiHa细胞凋亡，其凋亡在照射后48小时最为显著；宫颈癌组织样本中：放射剂量越大IER5的相对表达水平越高，细胞凋亡率越高，说明IER5可促进辐射诱导的宫颈癌细胞凋亡。IER5与临床病理特点关系实验发现，不同放射量下IER5蛋白的表达与疗前肿瘤直径间存在交互作用。在前期研究的基础上，本项目组完成了“IER5基因的shRNA的DNA序列及其载体应用”专利的开发。同时，首次建立了IER5-siRNA-SiHa和IER5-overexpression-SiHa细胞系。本研究提示IER5基因有望成为宫颈癌放疗潜在增敏靶点，为宫颈癌放疗敏感性的研究提供了新思路，为今后临床上宫颈癌放疗增敏药物开发提供了新的线索，为宫颈癌等放疗方案的制定提供了新的理论依据。