依赖于TET1的SOX10启动子区去甲基化调控HOXA6表达介导奥沙利铂引起的神经病理性疼痛

来源 :广州医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuxi_xizi
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
背景
  奥沙利铂为第三代铂类抗肿瘤药物,作为临床一线用药被广泛应用于治疗多种恶性肿瘤疾病,其中包括转移性胃肠道恶性肿瘤。奥沙利铂的主要剂量限制性副作用是神经毒性,其可能会持续到治疗终止,甚至在治疗结束后仍长期存在,导致持续性疾病,极大的影响了患者的生活质量,对患者造成甚至比癌症更严重的生理和心理负担。对于经化疗后导致神经病理性疼痛产生的患者来说,减少剂量或停止化疗通常是他们唯一的选择,对化疗进程和疗效产生不可估量的影响。
  目前关于奥沙利铂诱导神经病理性疼痛产生的相关机制仍不明确,有研究人员发现奥沙利铂处理后铂离子可在背根神经节(DRG)和脊髓中蓄积,Xin等人也证实,奥沙利铂应用后脑脊液中铂离子浓度显著增加,并直接影响脊髓背角神经元的功能,增加神经元兴奋性突触后电流,诱发神经病理性疼痛。此外有许多动物实验表明,应用奥沙利铂可引起脊髓中蛋白质水平的变化,这些变化最终会导致化学疗法诱发的神经毒性。人体试验还报道了抗肿瘤药物可损害患者的运动和认知功能。
  包括奥沙利铂在内的铂类抗肿瘤药物的使用所引起铂离子的蓄积,蓄积的铂离子进入神经元内并攻击神经元细胞核的DNA形成铂-DNA复合物被认为是其神经毒性产生的一个关键步骤。铂离子攻击细胞核DNA,通常在同一DNA位点上形成相同类型的复合物,包括两鸟嘌呤之间的1,2-内链D(GpG)和腺嘌呤与相邻鸟嘌呤之间的1,2-内链D(ApG)交联,显示出相似的序列和区域特异性。铂-DNA加合物诱导各种细胞反应,例如抑制DNA合成,以及修复,诱导凋亡和干预与DNA结合的蛋白。因此,我们想要探究奥沙利铂是否通过干扰DNA结合蛋白的结合介导神经病理性疼痛产生。
  越来越多研究表明,HOX家族蛋白是一系列与哺乳动物的发育相关的,具有特异性与DNA结合调控基因表达,调控细胞分化和增殖的功能。HOXA6是HOX家族成员之一,也可通过与DNA结合发挥多种生理和病理生理功能,包括脂肪组织的分布,肿瘤细胞的增殖与侵袭等。有研究表明脊髓HOXA6的表达与运动功能相关。此外,HOXA6的表达与对化疗的敏感性也有关。我们通过全基因表达谱微阵列和基因本体论(GO)分析表明,奥沙利铂应用后第10天,脊髓背角HOXA6的表达显著上调。因此,我们想要探究脊髓背角HOXA6的表达是否参与了奥沙利铂诱导的神经病理性疼痛出现的过程。
  目的
  探究大鼠脊髓背角HOXA6在奥沙利铂诱导神经病理性疼痛中的作用及其潜在机制。
  方法
  挑选体重180~220g的健康成年雄性SD大鼠,测量实验大鼠左右脚机械缩足阈值(PWT)基础值,随机分组,每组大鼠各10只。通过腹腔注射奥沙利铂(4mg/kg)构建奥沙利铂诱导大鼠神经病理性疼痛模型,给药后1、4、7、10天分别再次测量各组实验大鼠左右脚的机械撤足阈值(PWT)。
  使用全基因表达谱微阵列技术分析第10天奥沙利铂与对照组大鼠脊髓背角的mRNA的表达差异变化,利用生物信息学方法筛选出高表达的HOXA6,并通过荧光实时定量聚合酶链式反应(qPCR)和免疫印迹实验(WB)进行验证。通过基因沉默技术敲低脊髓背角HOXA6的表达,分析HOXA6的行为学功能。
  使用简易代表性重亚硫酸盐测序技术分析第10天奥沙利铂与对照组大鼠脊髓背角基因组的甲基化变化情况,以及利用生物信息学方法预测HOXA6上游潜在转录因子,并通过DNA甲基化免疫共沉淀(MEDIP)验证SOX10基因甲基变化。利用基因沉默技术干预TET1的表达并通过DNA羟甲基化免疫共沉淀(hMEDIP)实验观察对SOX10基因羟甲基化的影响。
  通过基因表达沉默技术和过表达技术对上游转录因子SOX10进行干预,并通过荧光实时定量聚合酶链式反应(qPCR)和免疫印迹实验(WB)进行验证,验证SOX10分子的行为学功能和与HOXA6之间的相互作用。
  结果
  1.HOXA6在奥沙利铂诱导神经病理性疼痛大鼠脊髓背角中表达上调
  连续5天腹腔注射奥沙利铂(4mg/kg)可显著降低大鼠的机械撤足阈值(PWT)。取两组大鼠第10天脊髓背角组织,使用全基因表达谱微阵列分析,结果显示,同比于对照组,奥沙利铂组有62个基因表达量有显著改变(变化量≥2倍),其中29个基因上调,33个基因下调。通过对62个差异基因进行GO富集分析,我们发现HOXA6在序列特异性DNA结合项目中表达变化显著且具有最高的SAM评分。
  通过荧光实时定量聚合酶链式反应(qPCR)和免疫印迹试验(western blot)实验结果显示,同比于对照组,奥沙利铂组大鼠脊髓背角HOXA6在第4天和第10天的mRNA和蛋白表达水平均显著增加(P<0.01)。将两组大鼠脊髓背角组织进行HOXA6荧光标记,结果显示奥沙利铂处理后HOXA6在脊髓背角中表达增加。将脊髓背角HOXA6分别与神经元特异性标志物NeuN、星形胶质细胞特异性标记物GFAP以及小胶质细胞特异性标记物IBA1进行免疫荧光双标染色,结果显示,HOXA6与NeuN大量共标,而与GFAP、IBA1未见共标,表明HOXA6表达在神经元中,而不表达在星形胶质细胞和小胶质细胞中。
  2.HOXA6参与了奥沙利铂诱导神经病理性疼痛
  鞘内注射HOXA6siRNA(1nmol)和scramblesiRNA(1nmol),并于半小时后给予腹腔注射化疗药奥沙利铂(4mg/kg)。通过qPCR和WB实验发现,同比于奥沙利铂-scramble组,HOXA6siRNA可以显著敲低脊髓背角HOXA6mRNA和蛋白表达水平。与之相平行的是,鞘内注射HOXA6siRNA组可以显著缓解奥沙利铂诱导的神经病理性疼痛,增加奥沙利铂处理大鼠第7天和第10天的撤足阈值。因此表明HOXA6介导了奥沙利铂诱导的神经病理性疼痛。
  3.HOXA6上调可能与脊髓背角SOX10启动子区低甲基化有关
  取第10天奥沙利铂组与对照组大鼠脊髓背角组织进行简易代表性重亚硫酸盐测序(RRBS),结果显示,同比于对照组大鼠,奥沙利铂组大鼠全基因组中共有2739个差异性甲基化区域,其中有1538个区域的甲基化发生在CG位点。2739个差异性甲基化区域中并不包含HOXA6基因,即提示在奥沙利铂处理后HOXA6基因未发生甲基化改变。进一步分析测序结果显示,有139个差异性甲基化区域位于基因启动子区的CG位点,分别对应了132个基因,其中有48个基因发生了低甲基化。使用基因雷达预测HOXA6上游转录因子,结果显示HOXA6有63个潜在的上游转录因子。利用测序分析得到的48个基因与预测得到的63个潜在上游转录因子相匹配,发现有两个潜在的转录因子在奥沙利铂处理后发生了低甲基化变化,即SOX10和FEV。通过DNA甲基化免疫共沉淀(MEDIP)实验进一步验证表明,与对照组相比,奥沙利铂处理后SOX10基因启动子区5mC含量显著降低(P<0.01),而FEV基因启动子区5mC含量无明显变化(P>0.05),结果提示奥沙利铂处理后SOX10基因启动子区发生了显著低甲基化,而FEV未发生甲基化变化。因此表明脊髓背角HOXA6的上调可能与奥沙利铂诱导的SOX10启动子区去甲基化有关。
  4.脊髓背角TET1介导奥沙利铂处理后SOX10基因启动子区去甲基化
  DNA羟甲基免疫共沉淀(hMEDIP)实验结果表明,同比于对照组,奥沙利铂处理后SOX10启动子区5hmC含量显著增加,提示在奥沙利铂处理后SOX10基因启动子区的去甲基化,并与TET酶相关。qPCR结果显示,在奥沙利铂处理后,TET1的mRNA水平显著增加(P<0.05),而TET2和TET3的mRNA水平改变不明显(P>0.05)。WB结果也提示在奥沙利铂处理后TET1蛋白表达水平增加。
  鞘内注射TET1siRNA干预TET1的表达。WB结果显示TET1siRNA可以显著降低奥沙利铂处理后大鼠脊髓背角TET1的蛋白表达水平。随后DNA羟甲基免疫共沉淀(hMEDIP)实验结果表明,鞘内注射TET1siRNA可以降低奥沙利铂处理后SOX10基因启动子区的去甲基化。以上结果提示奥沙利铂诱导大鼠脊髓背角TET1表达,促进SOX10启动子区发生去甲基化。
  5.SOX10在奥沙利铂诱导神经病理性疼痛大鼠脊髓背角中表达上调
  奥沙利铂可诱导SOX10mRNA和蛋白呈时间依赖性的增加。与对照组相比,L4-L6脊髓背角SOX10mRNA的表达水平在奥沙利铂处理的第4天和第10天显著上调。WB结果和免疫荧光结果提示,奥沙利铂处理后,脊髓背角SOX10的蛋白表达水平也显著上调。将两组第10天大鼠脊髓背角进行SOX10荧光标记,结果显示奥沙利铂处理后SOX10在脊髓背角中表达增加。将大鼠脊髓背角SOX10分别与NeuN、GFAP以及IBA1进行免疫荧光双标染色,结果显示,SOX10与NeuN大量共标,而与GFAP、IBA1未见共标,表明SOX10表达在神经元中,而不表达在星形胶质细胞和小胶质细胞中。
  6.干预脊髓背角SOX10表达水平可影响大鼠撤足阈值
  鞘内注射SOX10siRNA可以显著降低奥沙利铂处理后大鼠脊髓背角SOX10mRNA和蛋白表达水平。鞘内注射SOX10siRNA可以显著缓解奥沙利铂诱导的神经病理性疼痛,增加奥沙利铂处理大鼠的撤足阈值。在正常大鼠的L5脊髓背角内分别微量注射AAV-SOX10-EGFP和AAV-EGFP,21天后甲醛灌注取材,可观察到L5脊髓背角处有明亮的绿色荧光表达,即提示AAV病毒在大鼠脊髓背角中成功转染并稳定表达。WB结果也提示,与对照病毒组相比,AAV过表达病毒可以显著促进正常大鼠脊髓背角中SOX10的表达(P<0.01)。与之相一致的是,AAV过表达病毒可以显著降低正常大鼠的撤足阈值,诱导正常大鼠产生疼痛样行为。因此,这些结果提示了脊髓背角SOX10介导了化疗药奥沙利铂诱导的神经病理性疼痛。
  7.依赖于TET1介导的SOX10启动子区去甲基化调控了脊髓背角HOXA6表达上调
  免疫荧光共定位结果显示脊髓背角HOXA6阳性细胞表达SOX10。qPCR和WB结果显示,鞘内注射SOX10siRNA可以显著降低奥沙利铂处理后大鼠脊髓背角HOXA6mRNA和蛋白表达水平。与AAV对照病毒组相比,L5脊髓背角微量注射AAV过表达病毒可以显著增加正常大鼠脊髓背角HOXA6的表达。染色质免疫共沉淀结果显示,奥沙利铂可以增加转录因子SOX10与HOXA6基因启动子区的结合。鞘内注射TET1siRNA可以显著降低奥沙利铂干预大鼠脊髓背角组织SOX10和HOXA6的表达。因此,上述结果表明,奥沙利铂干预后增加大鼠脊髓背角TET1表达,从而促进背角组织SOX10基因启动子区去甲基化,增强转录因子SOX10的表达,上调HOXA6的表达进而介导神经病理性疼痛。
  结论
  本研究通过利用大鼠奥沙利铂疼痛模型研究奥沙利铂诱导神经病理性疼痛的潜在机制,我们发现:奥沙利铂干预后增加大鼠脊髓背角TET1表达,从而促进背角组织SOX10基因启动子区去甲基化,增强转录因子SOX10的表达,促使SOX10结合在HOXA6基因启动子区调控HOXA6的表达,进而介导神经病理性疼痛。
其他文献
学位
学位
学位
学位
[目的]探讨经前列腺穿刺活检证实非前列腺癌(PCa)的中国男性前列腺特异性抗原(PSA)和前列腺特异性抗原密度(PSAD)的分布特征,并与非裔美国人(AA)和高加索裔美国人(CA)进行对比研究。  [方法]回顾我院1999年12月至2019年11月08日接受过前列腺穿刺活检的患者,其中穿刺结果为阴性(非PCa)的患者用于研究。研究对比患者的年龄,PSA,前列腺体积(PV),PSAD,穿刺活检病理结
学位
学位
报纸
研究背景  双相障碍(Bipolar Disorder,BD)是一种常见的精神障碍,一般是指临床上既有躁狂或轻躁狂发作,又有抑郁发作的一类心境障碍,其特点为临床表现多样化、患病率高、复发率高、治疗难度大、致残率较高、自杀率高。BD影响患者的认知功能,即使患者处于临床缓解状态,其认知功能障碍也存在不同程度的损害。认知功能损害将影响患者的社会功能、生活质量,给患者个人及其家庭带来痛苦,造成沉重的精神和
学位
背景  肝纤维化是各种终末期肝脏疾病最常见的病态表现。大量研究已经证明,导致肝纤维化的主要原因是由于肝脏严重或长期反复肝损伤后伴随的组织微环境改变,激活了肝星状细胞,从而导致过量胶原纤维产生和沉积。  除细胞因子及活性氧升高外,病变肝组织同时伴随间质液静水压(IFP)升高(水肿)。近期研究发现,各种生物应力可以通过力学信号传导旁路,对组织细胞生长、表型活化、增殖/凋亡等具起重要调控作用,但间质静水
学位
第一部分:儿童变应性鼻炎中瘦素的表达及其与Ⅱ型固有淋巴细胞的比例和功能的关系  目的:  探讨儿童变应性鼻炎(AR)中瘦素的表达及其与Ⅱ型固有淋巴细胞(ILC2)的比例与功能的关系。  方法:  本研究共纳入26例AR患儿和20例正常儿童,并分别将其纳入AR组和对照组。收集外周血标本,采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清中瘦素浓度,采用流式细胞术检测AR及对照组外周血单个核细胞(PBMCs)