叶酸紊乱诱致组蛋白H3K79二甲基化调控失常导致人类神经管畸形发生

Neural tube defects (NTDs) are severe, common birth defects that result from failure of neural tube closure, and associated to maternal folate level, but their pathological mechanisms are not yet fully understood. Our recent study demonstrated that most NTDs brains H3K79me2 expressions are aberrant; hint us that it is potential to be the etiology of NTDs. In the present program we are going to focus on 100 human NTDs and folate-free cultured differentiation from embryonic stem cell to neural stem cell model, by using ChIP-seq et al. technologies, to study the following question: whether do abnormal folate level induce the aberrant H3K79me2 expression; what is the mechanism; further which genes related with neural tube closure do the H3K79me2 disregulate? It is respected that the study will explain the mechanism of abnormal folate level induced NTDs in the aspect of disregualtion of histone modification; and further display the clinical and experimental evidence to improve the nutrition during pre-pregnant and pregnant to decrease the incidence of birth defects

神经管畸形（NTDs）是一种环境和遗传因素共同作用致使神经管闭合失败的疾病，与母体叶酸水平异常高度相关，但相关机制尚不清楚。本课题组前期研究表明部分NTDs病例的脑组织组蛋白H3K79二甲基化（H3K79me2）修饰水平异常，提示与NTDs发生相关。本项目拟针对100例人类NTDs样本结合叶酸干扰人胚胎干细胞分化模型，采用ACCESS2全自动免疫系统微粒子发光技术和ChIP-seq等多种方法，研究叶酸水平异常是否诱发及通过何种机制诱发H3K79me2修饰异常，并进一步研究这种修饰异常在全基因组范围内影响了哪些神经管闭合关键基因。预期研究结果可以从叶酸水平影响组蛋白修饰调控转录的角度阐释叶酸紊乱诱导NTDs发生的机制，为通过改善孕前和孕期营养来降低先天畸形的发生率提供可靠的基础结合临床的实验证据。

神经管畸形（NTDs）是一种严重的先天性畸形，母体中一碳代谢物同型半胱氨酸（Hcy）升高增加NTDs发生的风险，机制不明。越来越多的研究表明组蛋白修饰参与NTDs形成，且研究发现Hcy代谢物同型半胱氨酸硫代内酯（HTL）可修饰蛋白质并影响蛋白功能。本项目在研究中发现组蛋白赖氨酸上存在着一种新的修饰—同型半胱氨酸修饰，这种修饰的来源为细胞内的一碳代谢物同型半胱氨酸，同时这种修饰水平受细胞内同型半胱氨酸水平影响，而且组蛋白的同型半胱氨酸修饰水平影响神经管闭合相关基因的表达水平。. 我们首先通过质谱的方法在人胚胎脑组织上检测到43个组蛋白Hcy修饰位点，并用特异性识别蛋白同型半胱氨酸修饰的抗体验证了组蛋白Hcy修饰具有保守性和广泛性，且组蛋白Hcy修饰和H3K79Hcy修饰水平受细胞内Hcy水平的影响。随后我们用ChIP-seq的方法发现组蛋白H3K79Hcy修饰富集于基因的gene-body区，调控一些包括Cecr2，Smarca4和Dnmt3b等神经管闭合相关基因的表达。进一步在高Hcy水平的NTDs人类样本中也发现了脑组织中H3K79Hcy水平升高，同时伴随有Cecr2，Smarca4和Dnmt3b等基因的表达降低，提示高Hcy水平可能影响组蛋白H3K79hcy修饰水平改变，从而导致其与某些神经管闭合相关基因结合能力改变从而参与NTDs的发生。 . 本项研究发现了一种新的组蛋白修饰，而且证明了组蛋白H3K79Hcy修饰可通过影响神经管闭合相关基因的表达从而参与NTDs的发生，为阐明NTDs的发生机制提供了一个新的思路。