胚胎期镉暴露对F1子代卵巢颗粒细胞生长发育与功能的影响及其表观遗传学调控

The effects of EED exposure on the cytotoxicity of ovarian cells and its implicated epigenetic regulation mechanism is a new area of the current reproductive toxicology studies. Previous studies in our lab found that cadmium exposure in adult, sexual maturity and new born mice causes dysfunction in ovarian granulosa cells. To further toxicological study of ovarian, the project aims to combine in vivo (cadmium exposure during pregnancy) and in vitro ( cadmium exposure to embryonic stem cells), employ modern molecule biology techniques ( flow cytometry, quantitative PCR, DNA methylation patterns and microRNA profiling analysis), observe development and function of ovarian granulosa cells either differentiated from embryonic stem cells or from F1 offspring after cadmium exposure, measure gene and protein expression related to apoptosis, hormone synthesis and embryonic stem cell differentiation, DNA methylation patterns and microRNA expression. The project is expected to provide fundamental insights to the damage of cadmium exposure on reproductive healthy and epigenetic mechanisms, and to provide scientific evidence for improving prevention of the reproductive and developmental toxicity on cadmium exposure.

EED暴露对卵巢细胞毒作用的影响及其表观遗传学调控机制是当前生殖毒理学研究的新领域。课题组前期研究发现，成年、断乳至性成熟大（小）鼠以及新生四日龄卵巢镉暴露后可致卵巢颗粒细胞生长发育和功能障碍。为进一步系统和深化镉的卵巢毒理学研究，本项目拟结合体内（妊娠期镉暴露）和体外（胚胎干细胞镉暴露）两种染毒模型，应用现代分子生物学技术（如流式细胞仪、荧光定量PCR检测、DNA甲基化模式与microRNA表达谱分析等），观察妊娠期镉暴露后F1子代成年后卵巢颗粒细胞和胚胎干细胞镉暴露后定向分化成卵巢颗粒细胞的细胞发育和功能状况，检测与细胞凋亡、激素合成和胚胎干细胞分化相关基因及其蛋白表达、DNA甲基化模式与microRNA表达等。项目预期结果对深化镉暴露对生殖健康的损害及其表观遗传毒效应机制的认识与研究具有重要的理论、技术和研究创新的科学意义，为促进和提高镉生殖发育毒性的预防、控制水平提供重要科学依据。

EED暴露对卵巢细胞毒作用的影响及其表观遗传学调控机制是当前生殖毒理学研究的新领域。课题组前期研究发现，成年、断乳至性成熟大（小）鼠以及新生四日龄卵巢镉暴露后可致卵巢颗粒细胞生长发育和功能障碍。为进一步系统和深化镉的卵巢毒理学研究，本项目拟结合体内（妊娠期镉暴露）和体外（胚胎干细胞镉暴露）两种染毒模型，应用现代分子生物学技术,观察妊娠期镉暴露后F1子代成年后卵巢颗粒细胞和胚胎干细胞镉暴露后定向分化成卵巢颗粒细胞的细胞发育和功能状况，检测与细胞凋亡、激素合成和胚胎干细胞分化相关基因及其蛋白表达、DNA甲基化模式与microRNA表达等，分析和阐明其可能的表观遗传毒理学机制。.本项目主要结果：1、妊娠期镉暴露对F1子代大鼠成年后卵巢颗粒细胞生长发育和功能有重要影响：促进颗粒细胞凋亡，孕激素分泌合成减少；镉可致Bcl-2基因表达下调，Cyp11a1、StAR基因的表达下调。2、妊娠期镉暴露会改变F1代大鼠成年后颗粒细胞全基因组 DNA甲基化状态，引起凋亡及激素合成相关基因甲基化模式发生改变：凋亡通路中 Eif2s1、Atf4等14个基因启动子区发生了高甲基化，Bcl-xl基因启动子区发生低甲基化，激素合成基因Cyp1a1、Hsd17b1启动子区发生低甲基化。3、妊娠期镉暴露上调miR-16和miR-92a靶向下调Bcl2参与F1代成年大鼠卵巢颗粒细胞凋亡，miR-27a-3p和miR-10b-5p可调控孕期镉暴露致F1子代成年大鼠卵巢颗粒细胞雌孕激素的合成。4、镉通过影响Oct4、Sox2、Nanog和Amhr2基因的表达而抑制小鼠胚胎干细胞定向分化为小鼠卵巢颗粒细胞，Oct4和Nanog基因的启动子区甲基化降低可能是其重要机制之一；靶向胚胎干细胞定向分化卵巢颗粒细胞相关基因的 miRNAs可能通过MAPK信号通路和PI3K−Akt信号通路参与多能基因网络调控，镉降低Linc1281的 m6A甲基化水平，进而通过let-7/Lin28通路抑制干细胞分化为小鼠卵巢颗粒细胞。.本项目研究具有重要的科学意义，研究并阐明妊娠期大鼠镉暴露后对F1子代成年后卵巢颗粒细胞发育和功能的影响及其可能表观遗传调控机制；研究并阐明镉暴露对胚胎干细胞定向分化为卵巢颗粒细胞过程的影响及其可能表观遗传调控机制。从而为系统和深化镉暴露致卵巢颗粒细胞发育和功能损害及其机制提供科学依据。