低剂量重离子辐射对PEG10、IGF2基因印记表达调控与遗传毒性关系研究

Heavy-ion radiotherapy is now recognized as novel, advanced and effective techniques. Despite the many advantages of radiotherapy, the late effects of radiation have not been extensively studied. The project investigates the reproductive and developmental toxicity induced by low-dose heavy ion radiation (0, 0.05,0.1,0.5 Gy) in the continuous passage of BALB/c mice (F0-F2 generation). In view of radiation-induced epigenetic mechanism, the expression of methylated state and location of PEG10 and IGF2 gene,as well as DNA methylation patterns in CpG islands of imprinting control regions and promoters of PEG10 and IGF2 were determined in different generations after radiation. And then we analyze the correlation between aberrant imprinted genes expression or DNA methylation and toxicity phenotypes casused by radiation. The results from the study is possibly permitted to build a available epigenetic mechanism and information related to heavy ion radiation via targeting paternally expressed imprinted gene PEG10 and IGF2.

重离子射线作为放射医学界“新兴、进步”的放疗射线，用于肿瘤放疗具有诸多优势，但对其引起的远后效应了解甚少，尤其是低剂量重离子辐射所致生殖细胞损伤，可诱发的远后期遗传毒性效应。本项目围绕印记基因PEG10和IGF2，拟连续观察（F0-F2代）低剂量重离子辐射（0、0.05、0.1 、0.5 Gy）诱导BALB/c小鼠雄性生殖器官－睾丸印记基因差异表达，印记调控区和启动子区CpG岛的DNA甲基化状态以及印记基因的等位基因表达及亲源表达状态，以早期胚胎发育及胚胎-胎仔发育异常为主要表征，探索低剂量重离子致多代小鼠的遗传毒性效应，并分析生殖细胞中基因印记模式异常与低剂量辐射所致遗传毒性表型间的相关性。旨在探讨印记基因PEG10和IGF2作为低剂量重离子辐射后代遗传风险评估的分子靶标的可行性，并揭示重离子辐照遗传毒理学与印迹基因表观遗传调控的相关机制，补充建立低剂量重离子辐射的表观遗传信息。

重离子射线作为放射医学界“先进”的放疗射线，用于肿瘤放疗具有诸多优势，但对其引起的远后效应了解甚少，尤其是低剂量重离子辐射所致生殖细胞损伤，可诱发的远后期遗传毒性效应。在国家基金项目的资助下，根据申请书中的年度计划，本项目基本完成了低剂量重离子辐射对遗传印记基因PEG10、IGF2的影响及机制研究。开展了低剂量重离子对多代小鼠的遗传毒性研究，确定了高于0.5Gy的辐照剂量可显著地诱发亲代生精功能障碍，引起F1代小鼠早期胚胎和胚仔发育毒性如生育率和妊娠率以及胎鼠生长指数显著地降低。而F2代受试动物各项指标与对照组相比均无显著性差异。选取与生长发育紧密相关的遗传印记基因PEG10及IGF2为研究靶点，通过实时定量Realtime-PCR、特异抗体免疫印迹法及激光共聚焦等方法检测了F0代受照和正常动物生殖细胞中PEG10和IGF2的mRNA及蛋白表达变化，结果证实了碳离子辐照能够导致PEG10和IGF2基因表达下调；进一步分析辐射对睾丸组织中目的基因启动子区甲基化状态，揭示了印记基因PEG10 启动子CpG岛甲基化状态调控了其表达差异；通过相关性分析发现了PEG10基因表达与胎鼠生长指数存在显著地正相关性。综上所述，本项目初步阐明了印记基因PEG10可能更适合作为低剂量重离子辐射后代遗传风险评估的分子靶标，补充了低剂量重离子辐射的表观遗传学数据。