脱氧雪腐镰刀菌烯醇诱导mRNA可变剪接的分子机制研究

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脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON)属于B型单端孢霉烯族毒素,因能造成人、猪等哺乳动物呕吐而被称为呕吐毒素。DON因其强耐酸性和耐热性可沿着食物链向生物体内蓄积,对人及家畜的健康造成了巨大威胁。DON具有广泛的细胞毒性,如影响细胞内蛋白质合成和分泌、氧化应激、核糖体应激、内质网应激、线粒体功能及细胞凋亡等多种生物进程。本课题为分析DON对细胞全基因组表达谱的影响,以人肝癌细胞Hep G2为实验模型,通过RNA-seq技术,发现在Hep G2细胞中DON能诱导pre-mRNA 3’端的可变剪接,并首次揭示了DON在mRNA水平上的毒理效应。在本研究中,根据细胞毒性试验,选取了2μg/m L的DON处理Hep G2细胞48h,发现DON处理下mRNA可变剪接变体长度大幅度增加而且3’端可变剪接增多,并在人胚肾细胞HEK293和人结肠腺癌细胞Caco-2这两种人源细胞系证实DON诱导的内含子保留的3’端可变剪接模式的普遍性。在机制研究中,发现DON能够抑制与pre-mRNA 3’端剪接位点识别相关的两个剪接因子SF1(splicing factor 1)和U2AF1(U2 auxiliary factor 1)的启动子活性从而抑制其蛋白表达,SF1和U2AF1的回补实验证明过表达SF1和U2AF1后能减弱DON诱导的pre-mRNA 3’端可变剪接的效应,从而明确了SF1和U2AF1参与了DON诱导pre-mRNA 3’端可变剪接的进程。同时,在Hep G2和HEK293细胞中过表达及敲降SF1,通过细胞存活实验明确SF1能够减弱DON的细胞毒性。为进一步研究DON诱导的pre-mRNA 3’端可变剪接是否是造成DON压力下核糖体应激和内质网应激产生的原因,在Hep G2细胞内过表达及敲降SF1和U2AF1,Western blot检测蛋白激酶R(protein kinase R,PKR)的磷酸化及IRE1(inositol-requiring protein-1)的表达水平,明确了DON压力下介导的pre-mRNA 3’端的可变剪接与其诱导的核糖体应激和内质网应激无关。DON作为污染最广泛的一种霉菌毒素,对其毒性作用机制的研究十分必要。目前,DON的细胞毒性研究多集中在表型标志蛋白的检测水平,缺乏对其毒理机制的深入认识。本研究探索了DON介导的pre-mRNA 3’端可变剪接异常的作用机理,以及同核糖体应激与内质网应激之间的潜在联系,从mRNA水平和蛋白水平探究了DON对人源细胞造成的毒性效应及机制,有助于更加清楚地认知DON压力下介导的信号转导,本研究的实验结果为人们对DON的毒理研究方向提供了新的参考。
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