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中药调控DNA甲基化修饰的研究思路

我们都知道人与人之间长得是不一样的,每个人都是与众不同的,其实就是因为不同的人具有不同的基因序列。那又有好奇的宝宝会问,既然同一个人身上的细胞基因序列都一样,为啥人体不同部位的细胞却又不一样呢?这里就是因为咱们今天要说的这篇文献中的表观遗传了。因为基因序列上存在各种修饰,比如甲基化、泛素化、乙酰化等等,这些修饰是否被激活对基因表达、细胞功能和形态有很大的影响。其实更通俗的来说就是表观遗传决定了我是我,你是你,他是他

好了,咱们就直接步入正题了,先看看这篇文章中都研究了些什么吧。该文发布于去年.

本文先通过高糖诱导小鼠肾系膜mes13细胞构建了糖尿病肾病的小鼠体外细胞模型,随机分成3组:LG(低糖)、HG(高糖)和TIIA组(药物),分析了丹参酮IIA对糖尿病肾病的影响。随后进行了DNA测序和甲基化测序,并进行了一系列的生物信息学分析(包括差异基因筛选、差异甲基化分析、DNA甲基化和下游RNA表达之间的相关性和IPA分析),最后还进行了简单的实验验证。

结果一:丹参酮IIA可以抑制高糖诱导的细胞内ROS损伤

结果二:转录组分析结果

HG / LG1780个基因和TIIA / HG1416个基因发生了显著改变。药物处理后有213个基因的表达出现了逆转,其中表达趋势相反的来自HG  vs. LG124个重叠基因和来自TIIA  vs.  HG89个重叠基因被标记为目标基因的候选者。

结果三:甲基化分析结果

 

总体甲基化因区域不同而有差异,与不同处理结果没区别。例如:与body区和下游区域相比,启动子区域的甲基化率要低得多。超过一半的CpG位于启动子(≤1kb)和远端的内部基因区域。每个区域内各治疗组之间的平均甲基化水平无显著差异。

虽然在不同处理组之间的总体甲基化无统计差异,因为大多数DMR均未显着地甲基化。但是,在单个基因水平上,作者观察到了差异,并发现了一小部分DMR,其中相应基因的RNA表达变化与CpG甲基化差异相关。

上图中左上象限和右下象限中带有绿点(对应于启动子)的基因表明RNA表达水平的启动子甲基化改变发生了逆转。

然后,选择在启动子显示DNA高甲基化和RNA下调或在启动子显示DNA低甲基化和RNA上调的基因作为感兴趣的基因,以进行进一步分析。

 

 

结果四:丹参酮IIA可以逆转高糖4个基因(Fgl2NmuGuloKcnip2)启动子甲基化和基因表达的影响

验证选定的基因表达,通过qRT-PCR显示RNA-seq和甲基化-seq之间的密切相关性。比如:HGLG相比,GuloKcnip的相对表达明显下降,从HGTIIA的相对表达又分别增加。

上图证明了DNA启动子甲基化率与RNA表达之间的关联与SureSelect甲基化测序结果吻合良好。
 

结果五:IPA分析确定的经HGTIIA治疗处理后影响的主要差异通路、毒理和疾病

通过IPA,能够搜索到有关基因、蛋白质、化学品和药物的信息,具有强大的数据分析和搜索能力,并能建立起实验系统的交互模型。

体外长期HG处理似乎能够通过白三烯生物合成和类花生酸信号通路增强小鼠肾脏肾小球系膜细胞的氧化应激和炎症反应。IPA分析也发现HG处理与炎症通路相关。且丹参酮IIA可以通过活化LXR/ RXR和增强谷胱甘肽介导的排毒恢复高糖诱导的细胞反应。
 


HG / LGTIIA / HG中的大多数毒理学反应都主要与肾脏疾病有关,这表明高葡萄糖诱导的mes-13细胞模型适合作为体外糖尿病肾病细胞模型。

文章到此就结束了,总之,这个研究证明了丹参酮IIAHG引起的肾脏损害具有保护作用。使用SureSelect Methyl-seqRNA-seq IPA分析,确定了HG刺激激活了诸如白三烯生物合成和类花生酸信号传导之类的炎症途径,而丹参酮IIA治疗可能会激活LXR/ RXR和增强谷胱甘肽介导的排毒途径,从而克服由此产生的过度氧化应激和炎症。

重要的是,他们发现在HG诱导的糖尿病肾病模型中,糖尿病肾病相关基因NmuFgl2GloKcnip2DNA甲基化发生了改变,丹参酮IIA处理有效地恢复了这些DNA甲基化和基因表达。

这些发现可能为了解表观遗传修饰如何影响糖尿病肾病的进展以及丹参酮IIA的预防作用提供新颖的见解。

 

文献来源:

 

Li W, Sargsyan D, Wu R, et al. DNA Methylome and Transcriptome Alterations in High Glucose-Induced Diabetic Nephropathy Cellular Model and Identification of Novel Targets for Treatment by Tanshinone IIA. Chem Res Toxicol. 2019;32(10):1977‐1988. doi:10.1021/acs.chemrestox.9b00117

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