RNA甲基化m6A修饰在环境内分泌干扰物致未成熟睾丸发育损伤中的作用及机制研究

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目的:从RNA甲基化表观遗传学角度,研究6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine,m6A)修饰在环境内分泌干扰物邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(Di-(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)诱导未成熟睾丸发育损伤中的作用,并探讨去甲基转移酶脂肪与肥胖相关蛋白(Fat mass and obesity-associated protein,FTO)介导的m6A修饰在DEHP代谢产物邻苯二甲酸单-2-乙基己酯(Mono-2-ethylhexyl phthalate,MEHP)致睾丸间质细胞损伤中的作用机制。1方法:第一部分:将雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠在出生后(Postnatal day,PND)22天至PND 35的青春前期阶段进行灌胃建模,对照组予玉米油灌胃,DEHP暴露的D250组和D500组分别采用250mg/kg·d和500 mg/kg·d剂量DEHP灌胃。(1)采用苏木精-伊红染色、酶联免疫吸附测定(Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)、蛋白质免疫印迹(Western blot,WB)等技术,分别检测SD大鼠在PND36时未成熟睾丸的组织形态、睾酮水平、生精标志物蛋白水平,并采集SD大鼠成年后在PND 90时的附睾组织,检测精子畸形率,综合评价DEHP暴露所致的未成熟睾丸发育损伤;(2)采用比色法、WB、原位细胞凋亡检测等技术,检测未成熟睾丸组织中总抗氧化能力、Nrf2抗氧化信号通路以及凋亡相关蛋白的表达情况,明确其中氧化应激状态和细胞凋亡发生情况;(3)采用比色法和实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,q PCR)技术分别检测未成熟睾丸RNA中总m6A修饰水平和m6A修饰重要调节基因的表达变化,利用RNA甲基化免疫共沉淀(Methylated RNA immunoprecipitation,Me RIP)q PCR技术检测Nrf2 m RNA中m6A修饰富集情况,分析m6A修饰在DEHP致未成熟睾丸发育损伤中的作用。第二部分:采用小鼠睾丸间质细胞TM3细胞系,首先分别使用梯度浓度MEHP和去甲基转移酶FTO抑制剂FB23-2处理TM3细胞24h,通过CCK8实验检测细胞活力,确定适用于本研究的处理浓度。(1)采用q PCR和WB技术检测200μM MEHP对TM3细胞m6A修饰相关调节基因表达的影响;(2)分别以0.1%DMSO、200μM MEHP和20μM FB23-2处理TM3细胞,依次设置为对照组、MEHP组和FB23-2组,采用ELISA、流式细胞技术和比色法,分别检测睾酮含量、细胞凋亡情况和m6A修饰水平,评价MEHP和FB23-2对睾丸间质细胞睾酮合成、凋亡、m6A修饰的影响;(3)利用高通量测序技术,联合生物信息学分析,通过转录组测序研究评估MEHP、FB23-2损伤睾丸间质细胞涉及的分子机制;(4)通过Me RIP测序技术探究FTO受抑制所介导的m6A修饰上调在睾丸间质细胞损伤过程中的关联机制。结果:第一部分:(1)与对照组相比,D250组和D500组的雄性SD大鼠在PND 36时,睾丸组织形态学发生改变,生精小管直径(P<0.001,P<0.001)和生精细胞层数(P<0.01,P<0.001)均显著减小;睾丸睾酮水平显著降低(P<0.001,P<0.001);生精标志物Plzf和Stra8在D250组(P<0.01,P<0.001)和D500组(P<0.001,P<0.001)中表达显著下降;在PND 90时,精子畸形率显著增加(P<0.05,P<0.001)。(2)PND 36时,D250组和D500组的未成熟睾丸与对照组相比,总抗氧化能力显著降低(P<0.05,P<0.001),抗氧化转录因子Nrf2蛋白表达显著下降(P<0.05,P<0.01),其介导的抗氧化信号通路受到不同程度的抑制;睾丸组织中凋亡细胞数量均显著增加(P<0.001,P<0.001),凋亡信号通路中Cleaved Caspase-3、Bcl-2和Bax等重要蛋白的表达也发生改变。(3)从m6A修饰调控角度,与对照组相比,D250组和D500组SD大鼠在PND 36时未成熟睾丸组织中RNA整体m6A修饰水平显著增加(P<0.01,P<0.001),RNA甲基化调节基因FTO表达显著降低(P<0.001,P<0.001)、YTHDC2表达显著升高(P<0.001,P<0.001);Nrf2 m RNA中3个位点的m6A富集在D250组(P<0.001,P<0.001,P<0.001)和D500组(P<0.001,P<0.001,P<0.001)都较对照组增加,且各个位点的m6A富集水平随DEHP暴露浓度升高而增加(P<0.001,P<0.001,P<0.001)。第二部分:采用200μM MEHP和20μM FB23-2分别处理TM3细胞后,细胞活力分别为90.588±5.667%和100.991±4.343%。(1)以200μM MEHP处理TM3细胞显著降低FTO在m RNA(P<0.01)和蛋白水平(P<0.05)的表达。(2)TM3细胞分别在200μM MEHP和20μM FB23-2处理后,与对照组相比,细胞培养上清液中睾酮含量均显著下降(P<0.05,P<0.001)、细胞凋亡水平均显著增加(P<0.05,P<0.001)、m6A修饰比例均显著升高(P<0.001,P<0.001)。(3)通过对转录组测序结果分析发现,在分别接受MEHP和FB23-2处理后的TM3细胞中共发现212个重叠的差异表达基因;重叠基因共同在DNA复制(GO:0006260)、细胞周期(mmu04110)、激酶活性的调节(GO:0043549)、细胞死亡正向调控(GO:0010942)、Trp53调节(TRR01554)、凋亡信号途径(GO:0097190)等注释中显著富集。(4)通过Me RIP测序分析分别接受MEHP和FB23-2处理后的TM3细胞,均找到经典的RRACH基序(P<0.001,P<0.001);从两组中总共鉴定出87个重叠的m6A修饰上调基因;重叠的m6A修饰上调基因在组蛋白乙酰化(GO:0016573)、活性氧生物合成过程(GO:1903409)、MAPK信号通路(mmu04010)、激素分泌的正向调节(GO:0046887)、自噬的正向调节(GO:0010508)、雄性性腺发育(GO:0008584)等注释中显著富集。结论:RNA甲基化m6A修饰参与调控青春前期DEHP暴露导致的SD大鼠未成熟睾丸发育损伤作用。FTO受抑制导致m6A修饰上调参与MEHP诱导的睾丸间质细胞损伤过程,且在m6A修饰上调介导的睾丸间质细胞损伤中可能涉及多个生理过程失调。
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