DNA-PKcs在放射性肺纤维化中的作用机制研究及放射性肺纤维化潜在治疗靶标的筛选和验证

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研究目的:通过60Coγ射线全胸辐照DNA-PKcs基因敲除鼠探究DNA-PKcs在放射性肺纤维化(radiation-induced pulmonary fibrosis,RIPF)中的作用及分子机制。与此同时对RIPF小鼠进行化学药物干预或基因治疗,筛选和验证RIPF潜在的治疗靶标,为RIPF的防护和治疗提供重要理论依据。研究方法:(1)通过Cas9/sg RNA技术构建DNA-PKcs基因敲除鼠(DPK-/-)进行20Gy全胸照射,1个月后通过肺组织mRNA测序筛选差异表达基因,并利用生物信息学进行功能分析。(2)照射后1个月和5个月收集肺组织,qPCR检测肺组织中炎症因子改变,H&E和Masson染色比较DNA-PKcs缺失对于辐射诱导肺组织病理改变过程中的作用。(3)通过肺组织切片免疫荧光和组织Western blot检测SPC、a-SMA、E-cadherin、N-cadherin和Twist等上皮间质转化(Epithelial mesenchymal transformation,EMT)相关蛋白表达。(4)通过慢病毒体系构建DNAPKcs稳定敲低肺上皮细胞细胞系(A549 shDPK),使用放线菌酮检测DNA-PKcs缺失对Twist半衰期的影响。构建点突变质粒,通过免疫共沉淀探究DNA-PKcs与Twist之间的相互作用关系。(5)体外实验探究AKT1活性在DNA-PKcs调控Twist中发挥的作用,并在肺组织中验证AKT1活性及Twist表达之间的相关性。(6)在小鼠进行全胸照射前通过灌胃的方式给于DNA-PKcs靶向药物VND3207进行干预,通过H&E和Masson染色观察VND3207对辐射引起的肺组织病理改变的作用。(7)通过免疫荧光检测肺组织和/或A549细胞中DNA-PKcs的磷酸化活性及g-H2AX的焦点形成。通过克隆形成试验、EDU+试验和细胞凋亡检测等检测VND3207是否通过靶向DNA-PKcs缓解辐射导致的细胞损伤。(8)检测VND3207是否通过靶向DNA-PKcs/AKT1/Twist缓解辐射导致的EMT。(9)在体外验证辐射响应miR-486-3p在辐射诱导EMT中的作用及机制。(10)通过腺相关病毒(AAV)搭载miRNA模拟物研究miR-486-3p在放射性肺纤维化中的潜在防治作用。研究结果:(1)肺组织mRNA测序结果显示,DNA-PK缺失导致的差异表达蛋白涉及细胞代谢、应激反应以及细胞黏附功能等,并富集在PI3K/AKT1、HIF-a等EMT相关信号通路上。(2)病理染色结果显示DNA-PKcs缺失会导致辐照后肺部炎症加剧,出现明显地肺间隔断裂、增厚,肺泡腔异常扩大、胶原纤维渗出增多。(3)在DNA-PKcs缺失的小鼠肺组织中发生了高度EMT,体内外实验结果显示,DNA-PKcs缺失促进了Twist表达,提示DNA-PKcs通过调控Twist参与辐射诱导的EMT过程。(4)DNA-PKcs缺失抑制了Twist上SQ/TQ位点磷酸化水平,但这些位点突变并不影响DNA-PKcs与Twist之间的相互作用,提示可能存在其他蛋白调控两者间的相互作用。(5)DNA-PKcs缺失抑制AKT1活性,且减少AKT1与Twist间相互作用。AKT1选择性激动剂IGF-1可逆转由DNA-PKcs缺失引起的Twist高表达和EMT相关蛋白改变。(6)与单纯照射组相比,VND3207干预组小鼠照射后肺部炎性浸润少,肺泡腔结构相对完整,可见少量胶原纤维渗出。(7)VND3207可在体内外增加辐照后肺组织和A549细胞中DNA-PKcs的自磷酸化活性,促进DNA损伤修复,促进细胞增殖,具有一定的抗凋亡和抗焦亡作用。(8)VND3207通过DNA-PKcs激活AKT1,促进E-cadherin和Twist的表达。(9)辐射抑制A549细胞中miR-486-3p表达,增加Snail表达,从而促进EMT。(10)体内过表达miR-486-3p可有效缓解辐射引起的肺部炎性浸润、肺间隔断裂增厚以及胶原纤维的渗出。结论:1、DNA-PKcs缺失会加剧放射性肺损伤及纤维化。2、DNA-PKcs/AKT1/Twist轴介导电离辐射诱导的肺EMT,参与RIPF发生发展。3、VND3207在体内外激活DNA-PKcs Ser2056位点自磷酸化活性,减少DNA双链断裂,并通过DNA-PKcs促进肺上皮细胞的增殖能力、抗凋亡能力和抗焦亡能力,缓解放射性肺损伤。4、VND3207可通过DNA-PKcs/AKT1/Twist轴抑制电离辐射诱导肺上皮细胞发生EMT,有效缓解RIPF的发生发展。5、辐射响应的miR-486-3p可靶向Snail抑制电离辐射诱导的肺EMT;由腺相关病毒(AAV)携带miR-486-3p模拟物在肺组织过表达可有效缓解RIPF。
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