多酶复合物基因多态性与DNA损伤水平的关联研究
本文关键词：多酶复合物基因多态性与DNA损伤水平的关联研究
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【摘要】：近年来,我国经济持续高速增长,然而与此同时,我国的环境问题也日益突出。空气污染问题已经成为我国最严重的环境问题,同时也是威胁国民生命健康的主要因素之一,其中空气颗粒物水平,尤其是PM2.5水平是评价空气污染的最主要指标。PM2.5是指空气动力学直径≤2.5μm的颗粒物,在我国PM2.5的主要来源是燃料燃烧以及交通废气排放。前期研究表明,PM2.5暴露与呼吸系统、心血管系统等疾病的发病率、死亡率显著相关。同时大量的体外功能实验已经证实,由于PM2.5相对表面积较大,吸附各种有毒的有机物及重金属元素,能够作用于上皮细胞产生活性氧簇,并会进一步造成遗传损伤或细胞恶变；另一方面,PM2.5作用于支气管后,刺激炎症因子的释放,从而进一步引起免疫炎症反应。目前大量的流行病学研究以及体外功能实验已经证实PM2.5及其所携带的有机物、重金属元素会引起DNA损伤,从而引起心肺疾病甚至恶性肿瘤。另一方面,在体内发生DNA损伤后,机体会立即针对DNA的情况进行相应的应答,称为DNA损伤反应,主要包括对损伤的细胞进行修复以及对于损伤较重的细胞进行介导凋亡,以此来维持基因组稳定性。因此参与DNA修复过程、细胞凋亡过程的基因都有可能会进一步影响机体DNA损伤水平。这也就导致在相同或相似的外暴露条件下,不同个体的DNA损伤程度存在着较大的差异。目前的研究大多认为颗粒物的不同组分是导致DNA损伤的潜在机制,而从宿主遗传学以及基因-环境交互作用角度解释不同个体之间DNA损伤程度差异的研究尚不多见。氨酰tRNA合成酶(ARS)是体内一类具有重要作用的功能性蛋白质,能够特异的识别氨基酸以及所配对的转运RNA (tRNA),催化氨基酸与相应的tRNA相结合形成氨酰-tRNA,并参与蛋白质的合成。氨酰tRNA合成酶相互作用多功能蛋白(ARS-interacting multifunctional proteins, AIMPs),包括AIMP1、AIMP2和AIMP3,它们能与氨酰tRNA合成酶特异性结合形成复合物,不仅能调控复合物的稳定性,还能保证翻译的保真度和效率。哺乳动物中,8种氨酰tRNA合成酶,包括天冬氨酰tRNA合成酶(DARS)、双功能谷氨酰-脯氨酰tRNA合成酶(EPRS)、异亮氨酰tRNA合成酶(IARS)、赖氨酰tRNA合成酶(KARS)、亮氨酰tRNA合成酶(LARS)、甲硫氨酰tRNA合成酶(MARS)、谷氨酰胺tRNA合成酶(QARS)、精氨酰tRNA合成酶(RARS)与3种AIMPs (AIMP1, AIMP2, AIMP3)共同组成多酶复合物(MSC)。此复合物能够参与血管生成、细胞增殖迁移、RNA剪接、转录翻译水平的调控、细胞因子活化、信号传导和DNA损伤修复等众多生物学过程。为了探讨多酶复合物基因多态性与DNA损伤程度的关联,本研究结合个体24小时PM2.5暴露、个体DNA损伤程度、个体基因分型数据,探讨多酶复合物基因的遗传变异与个体DNA损伤程度的关联。本研究以社区人群为研究对象,研究对象为307名来自中国南部、中部、北部地区的健康个体(珠海110人,武汉118人,天津79人)。所有研究对象均在当地居住5年以上且年龄大于40岁。除了常规的流行病学问卷调查之外,我们还通过个体采样器监测个体24小时PM2.5暴露情况、抽取外周静脉血、提取淋巴细胞并通过单细胞凝胶电泳实验(彗星实验)评估每个研究对象的DNA损伤程度。本次研究中,以尾部DNA含量百分比(%Tail)来反映个体DNA损伤水平。在遗传变异的筛选方面,本研究利用Hapmap、HaploView、SNPinfo等多个公共数据库资源和预测软件,并结合连锁不平衡分析,进行潜在的功能性位点的筛选。应用Illumina分型平台对最终筛选的23个位点进行基因型检测。统计学分析采用多元线性回归模型并调整年龄、性别、PM2.5暴露量等协变量评估三个地区各遗传位点与DNA损伤程度的关联,最后用基于meta的方法将三地区的关联结果进行合并,评价各遗传变异对DNA损伤水平的总体效应。研究结果显示,珠海地区PM2.5个体暴露浓度最低(中位数：68.35μ,g/m3),武汉地区中等(中位数：114.96μg/m3),天津地区最高(中位数：146.60μg/m3)。三个地区的DNA损伤程度与PM2.5个体暴露浓度的高低分布一致,在三城市间差异显著(尾部DNA含量百分比中位数：珠海1.36%、武汉为1.85%、天津为2.97%)。以PM2.5暴露水平四等分后,PM2.5与DNA损伤水平呈现明显的剂量-效应关系(趋势性P=3×10-6)。三地区关联结果合并分析后表明,位于AIMP3基因上的rs12199241(GA)、EPRS基因上的rs5030754 (GA)以及KARS基因上的rs3784929 (GA)与个体DNA损伤程度增加存在显著关联(P值分别为0.001、0.016以及0.033)。经过多重检验的FDR校正后,rs12199241仍然与DNA损伤水平显著相关(P=0.023)。为了避免混杂因素影响,我们以年龄、性别、吸烟状态进行分组,将研究对象分为不同亚组,在每组中分别计算这三个阳性位点与DNA损伤程度之间的关联性并进行异质性分析。结果显示,在不同亚组中,三个阳性位点的效应方向一致,同时异质性检验结果也提示在不同亚组间的效应没有差异性(异质性检验P值均0.05)。进一步对以上三个阳性位点进行联合分析,我们将rs12199241-A、 rs5030754-A和rs3784929-A定义为DNA损伤危险等位基因并进行合并,按携带危险等位基因个数分为“0”、“1”、“2-4”三组,结果显示,与不携带危险等位基因的个体相比(尾部DNA含量百分比中位数：1.51),携带2个及2个以上危险等位基因的个体DNA损伤程度显著增加(尾部DNA含量百分比中位数：2.92,趋势性P=3.59×10-5)。随着危险等位基因个数增加,DNA损伤程度相应增加,即危险等位基因个数与DNA损伤程度呈现明显的剂量-效应关系。交互作用分析未发现显著的基因-环境交互作用。根据生物信息学网站GTEX (Genotype-Tissue Expression)对三个阳性位点进行表达水平功能注释,结果显示三个位点中rs12199241的A等位基因与AIMP3基因表达下降显著相关(P=7×10-6),因此可以从基因表达水平对关联结果进行进一步的功能解释。综上所述,本研究通过对中国三城市的307名研究对象进行PM2.s暴露测量、DNA损伤程度检测和相关基因遗传位点的筛选和分析,初步探讨了多酶复合物相关遗传变异与个体DNA损伤程度间的关系,结果显示在校正PM2.5暴露后,这些遗传变异与DNA损伤水平差异有关。本研究结果从遗传水平阐述了机体DNA损伤的分子机制,并为PM2.5导致机体损伤的机制研究提供了范例和启示。
【学位授予单位】：南京医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R114
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，本文编号：1283484
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