OGG1通过调节H4R3me2a的水平参与基因表达调控的机制研究

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脱氧核糖核酸(DNA)结构组分的独特性以及分布的广泛性使其成为损伤因子攻击的主要靶标,其中活性氧(ROS)因其强氧化性及来源的多样性,可导致发生氧化应激反应,形成DNA氧化损伤。鸟嘌呤(G)因其低水平的氧化还原电势,极易被氧化损伤形成8-氧-7-氢脱氧鸟嘌呤(8-oxodG),从而影响DNA复制及基因转录。机体发展出相应的修复系统来对损伤的DNA进行修复,8-oxodG通常由碱基切除修复(BER)途径中的DNA糖苷水解酶(OGG1)特异性识别并切除。近期研究表明,OGG1不仅参与DNA损伤修复,同时也参与基因转录调控,如TNF、VEGF等基因的转录就受到OGG1的调控。但是已有研究揭示的受OGG1调控的下游靶基因尚不全面,其内在的作用机制也有待进一步完善。精氨酸甲基化修饰属于组蛋白翻译后修饰中的一种,由精氨酸甲基化酶家族(PRMTs)催化形成。研究表明,组蛋白精氨酸甲基化可以影响染色体的结构,招募蛋白质复合体参与调控基因转录。本研究发现,OGG1可以与PRMT1发生相互作用,影响PRMT1与其底物组蛋白H4第三位精氨酸(H4R3)的结合,从而影响H4R3me2a的水平。已有文献报道,H4R3me2a与基因的转录激活相关。因此,本课题猜测OGG1可能通过调节组蛋白的精氨酸甲基化来参与基因的表达调控。本课题中,我们首先根据MEF wild-Type(WT)和Ogg1-/-细胞系的基因芯片分析,以及OGG1对8-oxodG可以特异性识别的特性,挑选启动子区富含鸟嘌呤(G)的基因进行研究。主要从以下几个方面展开:1)验证两种细胞系中,靶基因表达产生显著差异需要在氧化应激的条件下,猜测可能是由于信号分子——损伤修饰“8-oxodG”导致。2)OGG1影响H4R3me2a的水平。我们前期的实验发现,Ogg1-/-影响H4R3me2s的水平,进一步探索OGG1与H4R3me2a之间的关系,发现OGG1通过结合PRMT1参与H4R3的甲基化过程,从而影响H4R3me2a的水平,并且在氧化应激下,OGG1促进H4R3的甲基化,推断OGG1可能是通过招募PRMT1调节H4R3me2a的水平来调控基因表达。3)靶基因启动子区OGG1以及H4R3me2a的结合。细胞染色质共沉淀(CHIP)实验证实,氧化应激下靶基因启动子区OGG1与H4R3me2a显著富集;凝胶迁移(EMSA)实验证实,OGG1可以结合到靶基因启动子区含损伤修饰“8-oxodG”的序列上;Streptavidin pull down实验证实,OGG1和H4R3me2a与靶基因启动子区存在损伤修饰“8-oxodG”的序列结合增加。4)验证H4R3me2a水平对靶基因表达的影响。敲降PRMT1降低H4R3me2a的水平时,靶基因表达下降;对组蛋白H4的第三位精氨酸突变时,靶基因表达下降。通过以上实验,我们证实OGG1可以通过调节H4R3me2a的修饰水平来调控基因表达。由于H4R3me2a激活基因转录的机制尚不明确,因此我们也对此进行了初步探索,通过免疫共沉淀(Co-IP)以及Streptavidinpull down实验,我们提出:当存在信号分子“8-oxodG”时,H4R3me2a可以与转录因子YY1以复合物的形式结合到靶基因启动子区,由YY1进一步开启基因转录。另外我们还寻找了可能受OGG1调控的其它基因,如FEN1等。由此,我们认为氧化应激下,OGG1调控基因表达的模式也可能存在于其它启动子区富含鸟嘌呤(G)的基因中。综上所述,我们的研究发现:氧化应激下,OGG1通过招募PRMT1影响H4R3me2a的修饰进而参与基因表达调控。这一研究从表观遗传学的角度提出了OGG1调控C-Myc等基因表达的新机制,不仅扩展了受OGG1调控的下游靶基因,更是对OGG1参与转录调控现有机制的补充和完善。
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