氢醌致骨髓间充质干细胞DNA甲基化和组蛋白甲基化的相互作用及对Wnt信号通路的调控研究

Current researches on the epigenetics mechanism of leukemic effected by benzene mainly point on hematopoietic cell or lymphoblast and anti-oncogene DNA methylation, histone acetylation and histone methylation separately. It’s not clear to the interactions between these different modifications and the mechanisms of gene expression regulating. Based on our previous research, we speculated that hydroquinone (HQ) could activate wingless pathway by DNA and histone methylation. It may be one of the reason of AML induced by benzene. This project intends to research on bone mesenchymal stem cells (BMSCs) and target the antagonist genes in Wnt pathway. By interfering up and down the balance between DNA methylation and histone methylation patterns, the results would be discussed on the interaction of BMSCs treated with HQ DNA and histone methylation and on the regulation mechanism of target gene expression, including the research on the BMSCs biologic activities and its influence to Wnt signal pathway’s conduction, elucidating the role of DNA methylation and histone methylation in the toxic effect by HQ, revealing the acute leukemia epigenetical pathogenesis, finding some new clues for the early eukemia diagnosis and gene targeting therapy.

目前针对苯诱导白血病的表观遗传学机制研究大多以造血细胞或淋巴母细胞为对象，主要针对单一的抑癌基因 DNA 甲基化和组蛋白乙酰化、组蛋白甲基化等修饰形式，对于不同修饰形式之间的相互作用及对基因表达的调控机制等研究尚不明确。根据前期研究基础，我们推测：HQ可能通过引起骨髓MSCs发生DNA甲基化和组蛋白甲基化作用，来激活Wnt信号通路，这可能是苯诱导AML的原因之一。本课题拟以骨髓MSCs为对象，以Wnt通路抑制基因为靶基因，通过双向干预DNA甲基化和组蛋白甲基化模式的平衡，探讨HQ引起的 DNA甲基化和组蛋白甲基化的相互作用及对靶基因的表达调控机制，研究其对骨髓MSCs细胞生物学活性和 Wnt信号通路传导的影响，阐明DNA甲基化和组蛋白甲基化在HQ引起毒效应的作用，揭示苯诱导白血病的表观遗传学发病机制，挖掘新的靶分子，为化学致癌的防治提供新的思路。

背景：目前针对苯诱导白血病的表观遗传学机制研究大多以造血细胞或淋巴母细胞为对象，主要针对单一的抑癌基因 DNA 甲基化和组蛋白乙酰化、组蛋白甲基化等修饰形式，对于不同修饰形式之间的相互作用及对基因表达的调控机制等研究尚不明确。根据前期研究基础，我们推测：HQ可能通过引起骨髓MSCs发生DNA甲基化和组蛋白甲基化作用，来激活Wnt 信号通路，这可能是苯诱导AML的原因之一。.内容：1.组蛋白H3K4、H3K9甲基化水平测定。2. 组蛋白甲基化与Wnt 信号通路相关基因DNA甲基化之间的相关性及对Wnt信号通路的调控研究。3. Wnt2b对HQ处理大鼠BMSCs细胞毒作用的影响。4. 组蛋白甲基化作用对BMSCs细胞自噬的调控研究。.结果及意义：1. HQ染毒导致H3K4me1甲基化水平降低，H3K9me3甲基化水平升高。Wnt2b基因H3K9me3水平增高，DNA甲基化水平降低，蛋白表达升高；Sp1基因H3K9me3水平降低，DNA甲基化水平先降后升，蛋白表达升高；Msx2基因H3K9me3、DNA甲基化、蛋白表达均升高；Wnt5a基因间区出现了H3K9 me3水平的增高，启动子区DNA高甲基化，蛋白表达降低。以上结果提示短期低剂量HQ暴露会导致BMSCs Wnt信号通路的异常激活，可能与组蛋白甲基化和DNA甲基化的调控有关。敲低Suv39h1可抑制 Wnt信号通路及细胞增殖，并促进凋亡。提示Suv39h1可能是HQ对BMSCs Wnt信号通路的调控及生物学性状产生影响的靶点之一。2. HQ可引起BMSCs细胞抗凋亡蛋白表达明显升高，促凋亡蛋白表达显著降低，Wnt信号通路关键蛋白和下游靶基因的蛋白表达、ALP表达均升高，敲低Wnt2b后细胞增殖活力明显降低。3. HQ染毒后，Chip-seq和Chip-pcr结果显示ATG101基因启动子区的H3K4me1甲基化水平降低。SETD7、ATG101、ULK1的mRNA表达降低。自噬相关蛋白表达降低，P62表达升高，SETD7蛋白表达降低。说明大鼠BMSCs在HQ处理后自噬水平下降。我们推测HQ可能是通过H3K4me1来影响BMSCs细胞自噬的。我们构建了SETD7过表达质粒，转染到细胞后发现SETD7表达水平明显增高。弄清楚H3K4me1在HQ影响BMSCs细胞自噬过程中的作用和机制对于我们研究HQ的致癌机制非常重要。