基于红外光谱研究细胞乙酰化及其对辐射损伤效应的影响

发布时间：2019-11-13 13:53

【摘要】：表观遗传学( Epigenetics)与肿瘤的发生和发展关系密切,其中组蛋白乙酰化是表观遗传修饰的一种重要方式。肿瘤细胞的组蛋白大部分呈现低乙酰化状态,而组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histone deacetylase inhibit, HDACi)可以增加肿瘤细胞的乙酰化水平,诱导细胞周期阻滞及凋亡。曲古菌素A(Trichostatin A, TSA)是组蛋白去乙酰化酶抑制剂的代表药物之一,能够以纳摩尔浓度抑制组蛋白去乙酰化酶,提高细胞内组蛋白和非组蛋白的乙酰化水平,诱导转化细胞发生分化或凋亡,被广泛用于乙酰化对肿瘤细胞的影响机制研究。傅里叶变换红外(Fourier Transform Infrared, FTIR)光谱可以对无染色、无标记的生物样品进行无损检测,与传统的生物学研究方法相比,红外光谱技术具特征性明显、快速、分辨率高、重复性好、制样相对简单和对样品无破坏性等优点,已被广泛用于细胞的微观生物过程的研究。当细胞中蛋白质、核酸、脂类和糖类等大分子的组成和结构发生变化时,对应的红外光谱峰型、强度、频率等参数也会发生相应的变化,通过对红外光谱谱学参数信息的分析可以推断出样品组成和结构的变化。本论文工作基于红外光谱研究了细胞乙酰化现象和相关效应,分析了细胞经过曲古菌素A处理后的红外光谱变化,表征了细胞内的乙酰化水平以及DNA构象的改变,并利用红外光谱的表征结果预测了细胞的辐射敏感性变化,可为组蛋白去乙酰化酶抑制剂类药物研究提供新的思路。论文主要从三个方面开展研究工作,获得新的实验结果和结论如下：1)运用红外光谱技术结合荧光蛋白及免疫荧光技术的手段,检测经曲古菌素A处理后细胞中的蛋白质性质变化,研究了曲古菌素A对细胞乙酰化作用的剂量效应和时间效应,探讨了曲古菌素A的作用过程和机理。研究发现,红外光谱中代表甲基与亚甲基官能团的伸缩振动强度之比可以表征曲古菌素A作用引起的细胞乙酰化水平变化,而蛋白质酰胺Ⅰ带的变化可以对应曲古菌素A处理后蛋白质构象改变：随着细胞乙酰化水平提高,其二级结构α螺旋结构百分比也相应增加。这项工作为进一步开展HDACi类抗肿瘤药物对细胞的作用过程及机理的研究提供了新的实验观测手段和分析方法。2)采用红外光谱技术探测乙酰化细胞中DNA状态的变化。核小体是染色质组装的基本结构单位,由核心组蛋白与DNA组成。组蛋白的乙酰化程度直接影响染色质的结构和功能。但是乙酰化是否影响DNA的构象变化是一个值得探究的问题。实验中,用曲古菌素A处理细胞后,根据指纹区光谱归属进行了DNA构象变化的分析。结果发现,细胞乙酰化水平的增加会导致部分B-DNA转变成Z-DNA,丰富了表观遗传学的研究内容。3)进一步利用红外光谱分析细胞乙酰化的方法来预测细胞辐射后敏感性的变化。因为红外光谱可以表征细胞的乙酰化水平,而细胞乙酰化又与辐射敏感性相关。实验中,分别采用红外光谱和荧光成像的方式比较分析了细胞内较低乙酰化水平的变化。25 nM和200 nM TSA处理HeLa细胞24 h后,红外光谱分析表明甲基与亚甲基的伸缩振动强度之比能够表征细胞内极低的乙酰化水平变化,说明光谱对于乙酰化水平分析的灵敏度较高。进一步的实验结果表明,红外光谱的表征结果可以预测乙酰化细胞的辐射敏感性,即：细胞红外光谱的甲基与亚甲基强度之比与细胞的辐射敏感性呈正相关。说明可以利用红外光谱技术进行细胞表观遗传学特征与辐射敏感性关系的研究。
【图文】：

图３．２不同剂量ＴＳＡ处理ＨｅＬａ细胞４８ｈ后．思微红外成像巧巧逡逑注：１０８０邋ｃｍ－ｉ煤酸根对称伸缩振动谱带（１０００－１１４０邋ｃｍ－ｉ区域）逡逑

图３．４不同剂量ＴＳＡ处理ＨｅＬａ细胞４８邋ｈ后ＤＮＡ含＊光谱分祈逡逑邋ｃｍ－ｉ１４化ｍ－ｉ归一化．
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R730.5;O657.33

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本文编号：2560337