钠通道Scn3a基因的表观调控及其在癫痫发生机制中的作用

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研究背景:  癫痫的发病与SCN3A编码的Nav1.3通道密切相关。Beckh等人在1989年已在小鼠身上中证实小鼠Scn3a(mScn3a)的表达主要发生在小鼠的幼年期,成年期几乎没有表达。在小鼠胚胎期中枢神经系统主要经Nav1.3通道来维持神经细胞的兴奋性,而在成年期小鼠主要以Nav1.1通道来维持神经细胞的兴奋性。在对癫痫的大量研究中,SCN3A突变导致癫痫只发现一种,然而研究发现SCN3A基因与癫痫的发生密切相关。许多研究证实不管是在原发性癫痫和继发性癫痫中Ⅲ型纳离子通道基因的表达均呈现为高水平,这可能是影响癫痫发病其中一个重要原因。研究发现在小鼠癫痫的持续状态中有许多基因的甲基化程度是下调的,也有一部分是上调的,而Scn3a的甲基化状态改变及其如何起调控作用却未清楚。  研究目的:  通过鉴定小鼠Scn3a基因启动子上受CpG甲基化调控的转录调控元件,分析这些元件与Scn3a基因时空表达的相关性;分析Scn3a基因启动子上CpG位点甲基化水平与癫痫发生的相关性;以期揭示CpG甲基化调控Scn3a基因表达的分子机制及其在癫痫发生中的作用,为癫痫的产前诊断及治疗提供新的参考依据。  研究方法:  1.小鼠发育过程的分析  1.1 采用生物信息学分析小鼠Scn3a核心启动子上CpG位点的分析。  1.2 采用PCR及荧光定量PCR进行小鼠Scn3a mRNA水平的分析。  1.3 采用重亚硫酸氢盐(BSP法)对DNA进行转换,再采用直接测序法检测DNA的甲基化程度。  1.4 采用定点诱变的方法构建突变表达载体,在N1E-115细胞中进行双荧光素酶报告基因活性检测。  1.5 采用EMSA实验检测Scn3a基因启动子与细胞核蛋白之间体外的结合。  1.6 采用染色质免疫共沉淀实验检测蛋白与DNA在组织和细胞中的结合情况。  2.癫痫状态下启动子与蛋白结合的分析  2.1 采用PCR及荧光定量PCR检测各中枢型钠离子通道及Mbd2的mRNA水平。  2.2 采用重亚硫酸氢盐对DNA进行转换,再采用直接测序法检测DNA的甲基化程度。  2.3 采用supershift-EMSA实验检测Scn3a可以结合何种蛋白。  2.4 采用Western Blot方法检测MBD2蛋白的表达水平。  2.5 采用EMSA的方法检测启动子DNA与核蛋白的结合能力。  2.6 采用染色质免疫共沉淀的方法检测蛋白结合启动子DNA的能力。  研究结果:  1.小鼠发育过程中Scn3a启动子动态甲基化变化及MBD2蛋白参与Scn3a基因启动子的作用  小鼠Scn3a基因核心启动子存在7个CpG位点,-39C位点发生甲基化的动态改变;-39C对荧光报告基因产生重要的影响,其甲基化的改变降低了荧光素报告基因的活性;-39C位点能募集细胞核蛋白结合到 Scn3a基因启动子上影响 Scn3a基因的转录和表达;Supershift-EMSA和染色质免疫共沉淀证实 MBD2能结合到 Scn3a启动子上。  2.癫痫小鼠Scn3a基因启动子低甲基化及癫痫状态下MBD2蛋白与启动子的作用  在癫痫小鼠各中枢型钠离子通道中只有Scn3a的mRNA水平发生明显改变;Scn3a基因启动子中-39C甲基化发生低甲基化改变;在癫痫痫性发作中MBD2蛋白呈动态性变化,并通过作用于-39C CpG位点结合于小鼠Scn3a基因启动子上;癫痫小鼠中MBD2结合Scn3a基因启动子的能力减弱。  研究结论:  1.小鼠Scn3a基因启动子-39C CpG位点在小鼠的发育中呈甲基化动态变化;  2.MBD2蛋白能通过-39C CpG位点结合于Scn3a基因启动子上;  3.MBD2作为甲基转移酶结合Scn3a基因启动子的量的减少,是癫痫发生的一个重要因素。
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