HMGB1介导的电离辐射损伤机制研究

Identification and characterization of the responsible genes and their regulatory mechanisms in ionizing radiation will have profound significance in expanding the applications of ionizing radiation in medicine and national defense. In preliminary studies we found that ionizing radiation induces the translocation of High-mobility Group Box B1(HMGB1) protein from nucleus to cytoplasm, and secretion of HMGB1 to extracellular matrix by cells after ionizing radiation. Attenuation of extracellular HMGB1 by neutralizing antibody significantly reduced radiation damage in the cells. We therefore hypothesized that HMGB1 regulates ionizing radiation damage via mediating proliferation, apoptosis and ROS production. Based on preliminary results, we propose to determine alterations in ROS production, cellular proliferation, apoptosis, cell cycle progression, and autophagy via manipulation protein levels of HMGB1 by overexpressing or silencing HMGB1, blocking signal transduction pathways, co-immunoprecipitation, and GST pull-down. Thus this proposal will determine the role of HMGB1 in regulating radiation response at molecular and cellular levels. Successfully carried out, this study will provide an insight how HMGB1 regulates ionizing radiation damage and provide a rationale to target HMGB1 for enhancing radiation sensitivity.

发现并阐明一些关键基因在电离辐射损伤中的调控机制，对于进一步拓展电离辐射在医学和国防事业中的广泛应用具有深远意义。我们前期研究发现电离辐射诱导HMGB1从细胞核中向细胞浆中转位，并向细胞外培养液中释放HMGB1，而拮抗细胞外的HMGB1则减轻细胞的辐射损伤。据此提出假说，HMGB1参与了细胞电离辐射损伤调控。本研究拟在前期研究的基础上，采用腺病毒载体转染和RNAi等手段，分别建立高表达和低表达HMGB1基因的细胞模型，采用PCR、Western blot等方法探讨细胞内HMGB1在电离辐射损伤中的作用；采用条件培养基等方法干预细胞外HMGB1，确定细胞外HMGB1对电离辐射损伤的影响；运用免疫共沉淀、GST pull-down、信号通路阻断等方法在细胞和分子水平明确HMGB1介导电离辐射损伤的机制。本研究将为揭示HMGB介导电离辐射损伤的发生机制和改变细胞的辐射敏感性提供重要的理论依据。

越来越多的基因被发现参与了电离辐射损伤，其中一些基因的改变与机体的损伤程度和辐射剂量相关。因此，积极去发现并阐明一些关键基因在电离辐射损伤中的调控机制，对于进一步拓展电离辐射在医学和国防事业中的广泛应用具有深远意义。HMGB1是一种存在于真核生物细胞内的非组蛋白染色体结合蛋白，目前被认为是一种危险相关分子模式分子，在细胞的生存和死亡过程中发挥了重要的调节作用。本课题基于前期研究基础，在国家自然基金的资助下历时三年，基本完成了项目立项时所列的研究计划，初步研究了HMGB1在电离辐射损伤中的作用。课题通过以下三方面的研究：1. 电离辐射对细胞内HMGB1 的影响；2. 干预细胞内HMGB1表达对细胞电离辐射损伤的影响及分子机制；3. 细胞外HMGB1介导的电离辐射损伤及分子机制。得出了： 1.电离辐射可以诱导细胞内HMGB1从细胞核内向细胞胞浆中移位，进而导致HMGB1向细胞外释放，而且向细胞外释放HMGB1的量具有时间和照射剂量依赖性。2.下调细胞内HMGB1的表达可以抑制细胞生长，提高细胞的辐射抗性，并出现S期细胞周期阻滞，同时降低了DNA双链断裂程度，可能与提高细胞中辐射损伤相关蛋白Ku-70蛋白、FEN-1蛋白和XRCC1蛋白的表达，以及激活了NF-κB和AKT信号通路，使NF-κB蛋白、DNA-PKC蛋白和磷酸化的AKT蛋白的表达升高有密切的关系。3.细胞外HMGB1参与了细胞的电离辐射损伤，EP可以阻止细胞HMGB1的释放，减轻电离辐射对细胞的损伤。其具体机制可能是细胞外的HMGB1与细胞膜上的RAGE受体结合，激活了MAPK通路，进而参与了细胞损伤。本课题组将继续申请国家基金的资助，进行HMGB1在辐射所致损伤中较为深入的机制学研究，为提高我国临床辐射损伤救治和肿瘤放疗疗效等方面具有重大意义。