肺上皮细胞分化的表观遗传学调控

发布时间：2018-11-12 07:08

【摘要】：研究目的:慢性堵塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD)是一种无法治愈的、渐进性的肺部疾病,这表现在大气道(慢性气管炎),小气道和肺泡(肺气肿)。暴露于香烟烟雾是罹患COPD的主要危险因素。慢性支气管炎与慢性炎性细胞浸润以及过度的气道粘液分泌有关。对于吸烟者和COPD患者而言,这种过剩的粘液分泌是产生咳嗽和呼吸困难等症状的重要原因。粘液由在大气道中的杯状细胞产生,而长期暴露于香烟烟雾会导致杯状细胞数量增加,粘液分泌增多。在上皮细胞中存在若干信号通路与促进杯状细胞分化及粘液产生有关。格罗宁根哮喘和COPD研究中心对吸烟者的研究表明,无肺部疾病的吸烟者及患有COPD同时伴有咳嗽和过多粘液分泌症状的吸烟者体内,多种基因在其上皮细胞中具有较高的表达水平。其中一个很重要的基因是SPDEF,该基因是这整个调控网络中的关键基因。已有研究结果表明,SPDEF可以促进杯状细胞的分化以及粘液的产生。SPDEF蛋白的表达可以被表观遗传学机制调控,“开启”或“关闭”该基因的表达。本论文的研究总体目标主要包括以下几方面:1)研究与COPD患者肺组织中粘液细胞数量增加和粘液过度分泌相关的表观遗传学变化;2)通过改变病人的表观遗传学特征(“表观遗传学编辑”),以减少COPD患者肺组织中粘液的产生与分泌。研究方法:本课题分为两个部分展开研究。第一部分:(1)通过从COPD患者和对照组的气道中分别分离原代上皮细胞,利用气液界面(Air-Liquid interface,ALI)培养模式建立体外杯状细胞和纤毛上皮细胞分化模型,并且添加白介素13(IL-13)可以促进杯状细胞的分化;(2)在培养过程中利用Realtime PCR监测与粘液分泌相关的基因的表达:转录因子SPDEF和FOXA2,粘液的主要成分之一粘蛋白MUC5AC,粘蛋白包装所需的潜在分子伴侣AGR2;(3)利用焦磷酸化测序检测转录因子SPDEF和FOXA2基因转录起始区域的DNA的甲基化,分析杯状细胞的分化是否伴随着SPDEF和FOXA2基因的DNA甲基化的变化;(4)在没有添加IL-13的培养系统中,比较分析了来源于COPD个体和对照组个体的上皮细胞分化至第14天时相关基因的表达水平和甲基化水平,分析COPD患者肺组织中杯状细胞数量增加和粘液过度分泌与SPDEF和FOXA2基因的DNA甲基化的调控的相关性。第二部分:(1)通过比较在不同人肺细胞系中SPDEF和MUC5AC基因的表达,以及SPDEF基因的DNA的甲基化,选择在与COPD原代细胞具有类似的SPDEF和MUC5AC基因的高表达的A549人肺细胞系中开展相关的研究工作;(2)设计可以特异性识别SPDEF启动子区域的锌指结构或引导RNA,利用锌指结构或CRISPR/d Cas9系统,与抑制因子(KRAB,DNA/组蛋白甲基化转移酶)的协同作用,实现对SPDEF基因表达的表观调控(表观编辑);(3)通过对SPDEF基因表达的负调节,进而实现下游通路中和粘液有关的MUC5AC和AGR2等基因的负调控;(4)通过对多个不相关基因表达的检测,研究靶向SPDEF基因的表观编辑的特异性;(5)通过多次细胞传代,研究表观编辑对SPDEF基因表达调控的长期稳定性。结果:第一部分:(1)在添加有白介素13(IL-13)的对照组上皮细胞的分化过程中,伴随着与黏液产生相关的基因如MUC5AC,AGR2和SPDEF表达的增加,以及与抑制黏液产生有关的基因FOXA2的表达水平的降低;(2)在分化过程中SPDEF基因表达的增加与SPDEF的DNA甲基化的改变之间存在正相关关系;(3)与对照组相比,来自COPD个体的上皮细胞中SPDEF和MUC5AC基因具有较高的表达水平,并且与SPDEF基因的较低的DNA甲基化水平有关。第二部分:(1)所有靶向SPDEF的抑制性融合蛋白都能有效的抑制SPDEF信使RNA和蛋白的表达,并且伴随有和粘液有关的MUC5AC和AGR2等基因的负调控;(2)有别于G9A的酶活性突变体或其他融合蛋白,组蛋白甲基化转移酶G9A的对SPDEF的抑制作用不受细胞有丝分裂的影响,具有一定的稳定性。结论:(1)我们发现在来自COPD患者的气道上皮细胞中,SPDEF基因的DNA甲基化水平和表达水平都发生了改变,我们推测SPDEF基因可能在COPD的发病机制中起着十分重要的作用,因此该基因可能是一个未来用于表观遗传学编辑和治疗COPD的良好靶标。(2)由细胞系的初步研究结果表明,有针对性的增加SPDEF基因的DNA/组蛋白甲基化确实可抑制SPDEF基因的表达和粘液的产生。这些极具发展前景的研究成果是通过改变表观遗传学实现COPD治疗迈开的第一步,为调节任意靶基因的表达开辟了广阔的前景。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R563.9

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;《表观遗传学原理、技术与实践》简介[J];中国肿瘤生物治疗杂志;2007年02期

2 江虎军;杜生明;;表观遗传学学术研讨会暨双清论坛在烟台召开[J];中国科学基金;2008年01期

3 ;“第二届发育和疾病表观遗传学上海研讨会/亚洲表观遗传组学联盟第三届年会”将在上海召开[J];遗传;2008年03期

4 腾丽娟;李克;;营养与表观遗传学基因组印记关系的研究进展[J];汕头大学医学院学报;2007年04期

5 李伟;;《表观遗传学》教学内容设计[J];中外医疗;2008年35期

6 程学美;单宝德;张天亮;;环境与表观遗传学[J];职业与健康;2010年18期

7 赵纭正;;表观遗传学在抗肿瘤领域的研究现状及前景[J];吉林农业;2011年03期

8 维琪·布劳尔;傅佑丽;;表观遗传学:解开癌症密码[J];世界科学;2011年05期

9 尤媛媛;郝长付;姚武;;表观遗传学及其应用研究进展[J];现代预防医学;2012年03期

10 李晓丽;;肿瘤表观遗传学研究热点的聚类分析[J];中国肿瘤;2013年04期

相关会议论文 前10条

1 王汉成;;表观遗传学是功能基因在分子遗传中的表现[A];中国遗传学会功能基因组学研讨会论文集[C];2006年

2 李阳生;;表观遗传学——遗传学一个新的分支[A];湖北省遗传学会、江西省遗传学会2006年学术年会暨学术讨论会论文摘要集[C];2006年

3 吴超群;;表观遗传学和人类疾病[A];遗传学进步与人口健康高峰论坛论文集[C];2007年

4 张品南;王忠泉;;表观遗传学修饰与肿瘤耐药关系的研究进展[A];2008年浙江省病理学学术年会论文汇编[C];2008年

5 孙野青;史金铭;张萌;;空间飞行与低剂量模拟辐射诱导的遗传学和表观遗传学改变的特征[A];2011年空间生命与生命起源暨航天医学工程学术研讨会论文集[C];2011年

6 陈敏;崔盘根;林麟;姚煦;;表观遗传学揭开复杂皮肤病奥秘的新希望?[A];中华医学会第十五次全国皮肤性病学术会议论文集[C];2009年

7 吴超群;;表观遗传学和人类疾病[A];中国优生优育协会第四届全国学术论文报告会暨基因科学高峰论坛论文专辑[C];2008年

8 汪卫星;季昆;武宇坤;李晓林;陈瑶;向素琼;郭启高;梁国鲁;;针对表观遗传学研究的枇杷有性杂交实验[A];中国园艺学会十届二次理事会暨学术研讨会论文摘要集[C];2007年

9 盛树力;;表观遗传学看老年性痴呆发病机理、诊断和防治前景[A];2009全国抗衰老与老年痴呆学术会议论文汇编[C];2009年

10 刘福柱;;表观遗传学研究进展简评及其在未来家禽业中的应用展望[A];中国畜牧兽医学会家禽学分会第九次代表会议暨第十六次全国家禽学术讨论会论文集[C];2013年

相关重要报纸文章 前7条

1 潘文;表观遗传学研究推动生命科学进步[N];中国医药报;2008年

2 张献怀;治恶性肿瘤可用表观遗传学药物[N];健康报;2010年

3 编译 李勇;表观遗传学新药开发领域不断拓宽[N];中国医药报;2013年

4 翻译 李勇;表观遗传学新药开发起航[N];医药经济报;2013年

5 夏洪平;表观遗传学——调控微环境抑制癌症[N];健康报;2007年

6 张献怀;解放军总医院第一附属医院 采用表观遗传学疗法治恶性胸水效果明显[N];中国医药报;2010年

7 记者 易运文;世界最大表观遗传学研究项目启动[N];光明日报;2010年

相关博士学位论文 前8条

1 宋娟;肺上皮细胞分化的表观遗传学调控[D];天津医科大学;2017年

2 刘林华;基因转录激活子MeCP2和Rb调控环沉默在氢醌诱发细胞恶变过程中的作用及表观遗传学机制[D];南方医科大学;2015年

3 李榕;新疆医务工作者职业紧张与高血压发病状况及其表观遗传学研究[D];新疆医科大学;2015年

4 马云龙;吸烟行为及尼古丁成瘾的遗传学和表观遗传学机制探索[D];浙江大学;2017年

5 杨晓静;3-Deazaneplanocin A （DZNep）作为一个全新的靶向癌症表观遗传学过程的染色质修饰药物的鉴定与特性分析[D];中国协和医科大学;2008年

6 周雪雷;参芪复方作用KKAy小鼠糖尿病大血管病变量效时关系研究及表观遗传学机制探索[D];成都中医药大学;2014年

7 王治香;小檗碱、地西他滨去甲基化调控急性髓系白血病细胞的逆转耐药作用及其机制探讨[D];南方医科大学;2014年

8 闫良;孕烷X受体介导的药物代谢酶CYP3A4诱导表达的表观遗传学机制[D];郑州大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 毕春升;人牙周膜干细胞衰老过程中表观遗传学酶的筛选及其功能研究[D];第四军医大学;2015年

2 张琳琳;牙周炎相关表观遗传学酶的筛选及分析[D];第四军医大学;2015年

3 金芬品;AMHRⅡ、INSR基因DNA甲基化与PCOS表观遗传学研究[D];暨南大学;2015年

4 翁鑫宇;心脏病的表观遗传学调控初探[D];南京医科大学;2014年

5 周文杰;抑制肝内胆管癌细胞增殖的表观遗传学药物筛选及HC toxin对CCLP-1细胞的作用机制研究[D];南方医科大学;2016年

6 刘安琪;t(8,21)急性髓系白血病中选择性剪切体AML1-ETO9a对c-KIT的表观遗传学调控机制研究[D];中国人民解放军医学院;2016年

7 黄赛;EYA4的表观遗传学沉默参与t(8;21)急性髓系白血病发生的机理研究[D];中国人民解放军医学院;2014年

8 李渤;GSTM3基因的表达及表观遗传学改变与年龄相关性白内障的关系[D];南通大学;2016年

9 杨新富;香烟提取物诱导肺上皮细胞凋亡的机制研究[D];浙江大学;2015年

10 杜学柯;调节肺上皮细胞表达细胞间黏附分子-1的信号传导途径的研究[D];广西医科大学;2007年

，

本文编号：2326405