利用荧光素酶报告基因系统分析新的NRF2ARE基因

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目的:抗氧化反应元件(ARE),是位于Ⅰ相/Ⅱ相解毒酶和抗氧化蛋白基因5上游启动子区的一种顺式作用元件,其活性主要受到NRF2的调控。NRF2是抗氧化反应通路和抵御氧化应激激活细胞防卫机制的主要调控因子,受NRF2调控的Ⅰ相/Ⅱ相解毒酶和抗氧化蛋白基因的5上游启动子均存在NRF2结合位点ARE元件。目前已有多种不同的检测方法用来确定转录因子的结合位点,常用的实验方法有荧光素酶报告基因(luciferase report gene)、凝胶迁移(electrophoreticmobility shift assays)、染色质免疫沉淀(chromosome immunopreciation)或DNA足迹法(DNase footprinting)。近年来,随着基因芯片和高通量测序等数据的出现,计算方法在转录因子结合位点的分析中得到了广泛的应用。并且,利用微阵列芯片的海量数据和日益完善的生物信息学分析工具,对基因转录调控区进行详细分析已经成为实验手段的重要组成部分。目前,常用来转录因子结合位点预测的数据库有TRANSFC、JASPAR、LASAGNA和TRAP等。转录因子亲和性预测工具(Transcription Factor Affinity Prediction)是一种较新的预测转录因子对DNA亲和性的在线工具,主要用于判断给定的一组序列中哪些转录因子的亲和性最高以及寻找受单核甘酸多态性最为明显的转录因子。前期在非小细胞肺癌细胞系A549细胞中的染色质免疫沉淀和CHIP-Seq分析发现NRF2和层黏连蛋白(LAMC1)基因启动子区151bp片段的DNA、糖基转移酶(GCNT3)基因外显子1151bp片段的DNA以及丝裂原激活蛋白激酶磷酸酶1(MKP1)基因外显子1,2,3,4151bp片段有相互作用,我们假设上述三个基因与NRF2相互作用的片段内含有NRF2结合位点ARE元件。  目的:对LAMC1基因、GCNT3基因和MKP1基因的NRF2结合位点进行预测定位及验证分析,为后续的机制研究奠定基础。  方法:1.通过生物信息学工具TRAP预测上述三个基因和NRF2相互作用的151bp片段及鼠源启动子区2kb以内片段的转录因子结合位点。2.根据预测结果,利用分子生物学方法构建上述三个基因相应的荧光素酶报告基因载体。3.通过荧光素酶活性检测上述三个基因相应荧光酶报告基因载体的活性。  结果:1.在LAMC1基因151bp片段内预测到两个潜在的NRF2结合位点,即两个ARE序列;同样的,在小鼠Lamc1基因5上游启动子区2kb以内预测到两个潜在NRF2结合位点,分别位于-1070位置处(ARE1)和-1101位置处(ARE2);在GCNT3基因外显子1151bp片段内预测到一个潜在ARE序列;在MKP1基因外显子1,2,3,4的151bp片段内未预测到ARE序列,而在小鼠Mkp1基因启动子区2kb以内预测到了两个潜在ARE序列,分别位于-1136位置处(ARE1)和-1720位置处(ARE2)。2.成功构建包含LAMC1基因151bp片段、1180bp片段和ARE1缺失、ARE2缺失以及双缺失的荧光素酶报告基因载体;成功构建GCNT3基因151bp片段及151bp片段内ARE缺失的荧光素酶报告基因载体;成功构建小鼠Mkp1基因启动子区2kb以内1880bp片段及此片片段内ARE1缺失、ARE2缺失以及ARE双缺失的荧光酶报告基因载体。3.荧光素酶活性检测实验显示,LAMC1基因151bp片段和启动子区1180bp ARE具有诱导活性;GCNT3基因151bp片段内的ARE具有诱导活性;Mkp1基因启动子区1880bp片段内的两个潜在ARE中,位于-1136位置处的ARE1无诱导活性,位于-1720位置处的ARE2具有诱导活性。  结论:LAMC1基因启动子区的两个ARE序列都具有诱导活性,即两个ARE为有功能的ARE序列;Mkp1基因启动子区的ARE2为有功能的ARE序列,GCNT3基因外显子151bp片段内的ARE亦为有功能的ARE序列。以上实验结论还需其他实验方法的进一步验证,以便进行后续的机制研究。
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