發(fā)布時間：2017-12-12 18:19

  本文關鍵詞：多酶復合物基因多態(tài)性與DNA損傷水平的關聯(lián)研究

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【摘要】：近年來,我國經(jīng)濟持續(xù)高速增長,然而與此同時,我國的環(huán)境問題也日益突出。空氣污染問題已經(jīng)成為我國最嚴重的環(huán)境問題,同時也是威脅國民生命健康的主要因素之一,其中空氣顆粒物水平,尤其是PM2.5水平是評價空氣污染的最主要指標。PM2.5是指空氣動力學直徑≤2.5μm的顆粒物,在我國PM2.5的主要來源是燃料燃燒以及交通廢氣排放。前期研究表明,PM2.5暴露與呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等疾病的發(fā)病率、死亡率顯著相關。同時大量的體外功能實驗已經(jīng)證實,由于PM2.5相對表面積較大,吸附各種有毒的有機物及重金屬元素,能夠作用于上皮細胞產(chǎn)生活性氧簇,并會進一步造成遺傳損傷或細胞惡變；另一方面,PM2.5作用于支氣管后,刺激炎癥因子的釋放,從而進一步引起免疫炎癥反應。目前大量的流行病學研究以及體外功能實驗已經(jīng)證實PM2.5及其所攜帶的有機物、重金屬元素會引起DNA損傷,從而引起心肺疾病甚至惡性腫瘤。另一方面,在體內發(fā)生DNA損傷后,機體會立即針對DNA的情況進行相應的應答,稱為DNA損傷反應,主要包括對損傷的細胞進行修復以及對于損傷較重的細胞進行介導凋亡,以此來維持基因組穩(wěn)定性。因此參與DNA修復過程、細胞凋亡過程的基因都有可能會進一步影響機體DNA損傷水平。這也就導致在相同或相似的外暴露條件下,不同個體的DNA損傷程度存在著較大的差異。目前的研究大多認為顆粒物的不同組分是導致DNA損傷的潛在機制,而從宿主遺傳學以及基因-環(huán)境交互作用角度解釋不同個體之間DNA損傷程度差異的研究尚不多見。氨酰tRNA合成酶(ARS)是體內一類具有重要作用的功能性蛋白質,能夠特異的識別氨基酸以及所配對的轉運RNA (tRNA),催化氨基酸與相應的tRNA相結合形成氨酰-tRNA,并參與蛋白質的合成。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,它們能與氨酰tRNA合成酶特異性結合形成復合物,不僅能調控復合物的穩(wěn)定性,還能保證翻譯的保真度和效率。哺乳動物中,8種氨酰tRNA合成酶,包括天冬氨酰tRNA合成酶(DARS)、雙功能谷氨酰-脯氨酰tRNA合成酶(EPRS)、異亮氨酰tRNA合成酶(IARS)、賴氨酰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)與3種AIMPs (AIMP1, AIMP2, AIMP3)共同組成多酶復合物(MSC)。此復合物能夠參與血管生成、細胞增殖遷移、RNA剪接、轉錄翻譯水平的調控、細胞因子活化、信號傳導和DNA損傷修復等眾多生物學過程。為了探討多酶復合物基因多態(tài)性與DNA損傷程度的關聯(lián),本研究結合個體24小時PM2.5暴露、個體DNA損傷程度、個體基因分型數(shù)據(jù),探討多酶復合物基因的遺傳變異與個體DNA損傷程度的關聯(lián)。本研究以社區(qū)人群為研究對象,研究對象為307名來自中國南部、中部、北部地區(qū)的健康個體(珠海110人,武漢118人,天津79人)。所有研究對象均在當?shù)鼐幼?年以上且年齡大于40歲。除了常規(guī)的流行病學問卷調查之外,我們還通過個體采樣器監(jiān)測個體24小時PM2.5暴露情況、抽取外周靜脈血、提取淋巴細胞并通過單細胞凝膠電泳實驗(彗星實驗)評估每個研究對象的DNA損傷程度。本次研究中,以尾部DNA含量百分比(%Tail)來反映個體DNA損傷水平。在遺傳變異的篩選方面,本研究利用Hapmap、HaploView、SNPinfo等多個公共數(shù)據(jù)庫資源和預測軟件,并結合連鎖不平衡分析,進行潛在的功能性位點的篩選。應用Illumina分型平臺對最終篩選的23個位點進行基因型檢測。統(tǒng)計學分析采用多元線性回歸模型并調整年齡、性別、PM2.5暴露量等協(xié)變量評估三個地區(qū)各遺傳位點與DNA損傷程度的關聯(lián),最后用基于meta的方法將三地區(qū)的關聯(lián)結果進行合并,評價各遺傳變異對DNA損傷水平的總體效應。研究結果顯示,珠海地區(qū)PM2.5個體暴露濃度最低(中位數(shù)：68.35μ,g/m3),武漢地區(qū)中等(中位數(shù)：114.96μg/m3),天津地區(qū)最高(中位數(shù)：146.60μg/m3)。三個地區(qū)的DNA損傷程度與PM2.5個體暴露濃度的高低分布一致,在三城市間差異顯著(尾部DNA含量百分比中位數(shù)：珠海1.36%、武漢為1.85%、天津為2.97%)。以PM2.5暴露水平四等分后,PM2.5與DNA損傷水平呈現(xiàn)明顯的劑量-效應關系(趨勢性P=3×10-6)。三地區(qū)關聯(lián)結果合并分析后表明,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)與個體DNA損傷程度增加存在顯著關聯(lián)(P值分別為0.001、0.016以及0.033)。經(jīng)過多重檢驗的FDR校正后,rs12199241仍然與DNA損傷水平顯著相關(P=0.023)。為了避免混雜因素影響,我們以年齡、性別、吸煙狀態(tài)進行分組,將研究對象分為不同亞組,在每組中分別計算這三個陽性位點與DNA損傷程度之間的關聯(lián)性并進行異質性分析。結果顯示,在不同亞組中,三個陽性位點的效應方向一致,同時異質性檢驗結果也提示在不同亞組間的效應沒有差異性(異質性檢驗P值均0.05)。進一步對以上三個陽性位點進行聯(lián)合分析,我們將rs12199241-A、 rs5030754-A和rs3784929-A定義為DNA損傷危險等位基因并進行合并,按攜帶危險等位基因個數(shù)分為“0”、“1”、“2-4”三組,結果顯示,與不攜帶危險等位基因的個體相比(尾部DNA含量百分比中位數(shù)：1.51),攜帶2個及2個以上危險等位基因的個體DNA損傷程度顯著增加(尾部DNA含量百分比中位數(shù)：2.92,趨勢性P=3.59×10-5)。隨著危險等位基因個數(shù)增加,DNA損傷程度相應增加,即危險等位基因個數(shù)與DNA損傷程度呈現(xiàn)明顯的劑量-效應關系。交互作用分析未發(fā)現(xiàn)顯著的基因-環(huán)境交互作用。根據(jù)生物信息學網(wǎng)站GTEX (Genotype-Tissue Expression)對三個陽性位點進行表達水平功能注釋,結果顯示三個位點中rs12199241的A等位基因與AIMP3基因表達下降顯著相關(P=7×10-6),因此可以從基因表達水平對關聯(lián)結果進行進一步的功能解釋。綜上所述,本研究通過對中國三城市的307名研究對象進行PM2.s暴露測量、DNA損傷程度檢測和相關基因遺傳位點的篩選和分析,初步探討了多酶復合物相關遺傳變異與個體DNA損傷程度間的關系,結果顯示在校正PM2.5暴露后,這些遺傳變異與DNA損傷水平差異有關。本研究結果從遺傳水平闡述了機體DNA損傷的分子機制,并為PM2.5導致機體損傷的機制研究提供了范例和啟示。
【學位授予單位】：南京醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R114

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