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随着反向遗传学的发展,许多研究发现,一些基因在敲低时有明显表型,但在基因敲除突变体中却没有表型,起初都认为此种现象是由于敲低时脱靶效应所致。2015年,Stainier实验室在斑马鱼中发现这种现象并不是由于脱靶效应造成的,而是由于相关基因仅在敲除突变体中上调所致,他们把此种现象称为遗传补偿效应。2019年,我们实验室利用斑马鱼进一步揭示了遗传补偿效应的分子机制,证明只有无义突变才能激活遗传补偿效应,无义mRNA与Upf3a一起通过提高同源基因的表达来进行补偿效应。此外,抑癌因子p53在DNA损伤反应中扮演着中心角色,50%的人类癌细胞中都发生了p53变异,而这些癌细胞,由于p53突变丧失诱导细胞凋亡的功能,对放化疗极不敏感。我们推测经过放化疗后而存活的p53突变癌细胞中可能会累积许多无义突变,这时遗传补偿效应在这些细胞的存活中起到重要作用。本项研究将探讨人类细胞中是否也存在遗传补偿效应,如果存在,其分子机制与斑马鱼又是否类似;在DNA损伤胁迫下,遗传补偿效应是否会促进p53缺失癌细胞的存活;同时,我们实验室还发现p53缺失细胞对于40℃亚高温处理更加敏感,本项研究将探寻其背后的分子机制。本项研究,首先在人类胚胎干细胞中构建含有提前终止密码突变的FBXO7-/-和COL6A2-/-两个细胞系,基因表达检测显示突变基因的同源基因分别在两个敲除的细胞系中显著上升,结果证明人类细胞系中存在着遗传补偿效应;采用siRNA特异敲低UPF3A能够降低同源基因在突变细胞中的表达;当敲低UPF1时,突变细胞中同源基因的表达反而上调。证明了人类细胞中的遗传补偿效应依赖于UPF3A而不依赖于UPF1。进一步在HCT116 p53+/+和HCT116 p53-/-结肠癌细胞系的背景上构建了UPF3A敲除细胞系,发现UPF3A的敲除显著降低了p53-/-细胞在DNA损伤诱导的存活率,同时敲除UPF3A对于p53+/+细胞应对DNA损伤压力没有明显影响。说明敲除UPF3A可以增加p53-/-细胞应对DNA损伤压力的敏感性。此外,我们实验室之前的工作证明,p53-/-细胞对40℃亚高温处理更加敏感,本研究进一步发现在40℃条件下,p53突变体中产生过度的热激反应,这种过度的热激反应是导致p53-/-细胞对40℃亚高温处理敏感的原因。p53的缺失是癌症中的常见突变类型,在临床治疗中对化疗和放疗也不敏感,因此,抑制遗传补偿效应和亚高温处理有望成为p53缺陷癌症治疗中的增敏剂。