乙型肝炎病毒X蛋白(HBx)对人FABP1和NQO1基因调控及机制研究

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乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus,HBV)导致急慢性乙型肝炎,并与肝硬化和肝细胞癌(Hepatocelluar carcinoma, HCC)密切相关,但其确切机制尚未完全阐明。HBx蛋白由HBV基因组X开放读码框(ORF)编码,大小为17KDa,是HBV最重要的致病因子。作为一种多功能的病毒蛋白,HBx蛋白一直以来均为肝脏相关疾病的研究热点。HBx不与双链DNA直接结合,主要通过与转录因子相互作用来调控基因的表达。近年来的研究发现,HBx还可以通过表观遗传学修饰调控细胞内一些基因的转录活性,HBx被认为是肝细胞内一些基因表达沉默的潜在促发因素。本课题组先前通过2D-DIGE(fluorescence two-dimensionaldifference gel electrophoresis)和MALDI-TOF/TOF MS技术检测了HepG2-HBV3(产生HBV的HepG2细胞株,本实验室构建)和HepG2-RepSal1(对照)两株细胞株总蛋白表达谱的差异,提示HBV可提高肝型脂肪酸结合蛋白(liver fattyacid binding protein,L-FABP,也称为FABP1)的表达,并降低NAD(P)H醌氧化还原酶1(NAD(P)H dehydrogenase:quinone1,NQO1)的表达。本研究在此基础上,进一步探讨HBx影响FABP1及NQO1转录及表达的调控机制,有助于更深入了解HBV的致病机制。本研究第一部分旨在验证HBV特别是HBx对FABP1、NQO1的转录及表达的影响。通过HBV细胞株及瞬时转染1.2×HBV基因组DNA的方法,同时构建Flag-HBx融合表达腺病毒Ad-HBx,采用realtime RT-PCR和Western blot检测FABP1和NQO1的mRNA和蛋白水平的变化,证实HBV及HBx能够上调FABP1基因转录和表达,并下调NQO1基因转录及表达。本研究第二部分旨在探讨HBx上调FABP1基因转录及表达的机制。在本部分第一章,我们首先探讨人FABP1自身的调控,为此,构建了FABP1基因启动子区全长(-2125nt~+50nt)及各分段报告基因重组表达载体,结果表明-255nt~+50nt区域保留FABP1启动子最大活性并且在肝源性细胞系HepG2细胞中活性最高;采用TFSEARCH和TESS在线软件预测启动子区域潜在的转录因子结合位点,发现-255nt~-155nt区域包含了两个肝细胞富集因子:肝细胞核因子3β(hepatocyte nuclear factor3β, HNF3β)和CCAAT/增强结合蛋白α(CCAAT/enhancer binding protein α,C/EBPα);通过构建HNF3β和C/EBPα结合位点突变体等方法确定HNF3β和C/EBPα增强FABP1基因转录;在此基础上,凝胶阻滞实验和染色质免疫共沉淀实验表明HNF3β和C/EBPα特异结合于FABP1的启动子区域;此外,构建HNF3β和C/EBPα过表达载体转染HepG2细胞可以使FABP1转录增强进而导致FABP1表达增强;相反地,敲除HNF3β和C/EBPα则使FABP1转录及表达降低。本部分第二章,进一步研究HBx通过HNF3β和C/EBPα影响FABP1表达的机制。通过构建HNF3β和C/EBPα结合位点突变体转染HepG2细胞并感染Ad-HBx,检测细胞内荧光素酶(luciferase)活性,结果表明HNF3β及C/EBPα结合位点突变后使HBx反式激活FABP1基因启动子的活性明显降低;pGL3B-255转染大肠癌细胞HCT-116(此细胞低表达HNF3β及C/EBPα,且不表达FABP1)并感染Ad-HBx,检测胞内luciferase活性并与HepG2细胞比较,结果提示FABP1启动子活性在HCT116细胞中明显低于HepG2细胞;HNF3βsiRNA或C/EBPαsiRNA转染HepG2细胞并感染Ad-HBx,realtime RT-PCR检测FABP1mRNA水平,结果表明HNF3β及C/EBPα转录因子是HBx反式激活FABP1基因启动子的重要作用因子;在此基础上,采用染色质免疫沉淀,免疫共沉淀等方法明确HBx蛋白与HNF3β和C/EBPα的作用方式(直接还是间接),结果提示HBx是通过与C/EBPα相互作用的方式(直接作用)调控FABP1启动子的活性;而HBx通过影响HNF3β的表达(间接作用)调控FABP1启动子的活性。本研究第三部分旨在探讨HBx下调NQO1基因转录及表达的机制。Ad-HBx分别感染Huh7、HepG2和Hep3B细胞,以三株细胞经过亚硫酸氢盐处理后的基因组DNA为模板,通过DNA亚硫酸氢盐测序法(Bisulfate DNAsequencing)检测NQO1基因启动子的甲基化水平,发现HBx可以使NQO1启动子高甲基化;通过染色质免疫沉淀等方法检测HBx介导的蛋白质与NQO1启动子区域的结合,结果表明HBx可以通过募集DNMT3A到NQO1的启动子区域而引起NQO1启动子高甲基化;在此基础上,我们在HBV相关的HCC临床标本中也进行了验证,通过realtime RT-PCR和免疫组化发现NQO1mRNA和蛋白水平分别与HBxmRNA和蛋白水平呈负相关;采用甲基化特异性PCR和亚硫酸氢盐测序法对HBx高表达和低表达的组织标本进行检测,发现HBx高表达的组织标本NQO1启动子的甲基化程度明显高于HBx低表达的组织样本,所得结果与细胞模型一致;此外,通过检测内源性活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)的产生和H2O2引起的细胞毒性反应,发现HBx下调NQO1基因的表达引起细胞内ROS产生增多和对H2O2的细胞毒性作用更加敏感。
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