初级感觉神经元TET1调控钾通道表达参与化疗痛的表观遗传学机制研究

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:milamiya2009
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研究目的:  本课题通过建立化疗痛模型,先检测化疗痛大鼠背根神经节的Kcnk1基因甲基化水平的变化,来验证化疗痛与Kcnk1基因甲基化、去甲基化水平变化的关系;再通过背根神经节微注射HSV-TET1过表达TET1,检测过表达TET1是否能够反转这种变化,进而来验证过表达的TET1对化疗痛背根神经节内Kcnk1基因的甲基化影响。深入研究TET1与表观遗传修饰DNA甲基化之间的关系,有望揭示化疗痛的病理生理发生机制,为临床治疗化疗痛提供具有参考价值的新路径。  研究方法:  1.建立化疗痛模型  选用SD雄性大鼠并分为Vehicle组和紫杉醇(Paclitaxel,Pac)组(每组≥5只);Pac组每隔一天腹腔注射(第0、2、4、6天)化疗药物紫杉醇;Vehicle组腹腔注射对照溶液,注射方法与Pac组相同。  2.观察化疗痛模型大鼠的行为学变化  化疗痛模型建立后,Vehicle组和Pac组分别在第4、7、10天进行观察大鼠诱发痛行为,分别记录两组大鼠对机械刺激、热刺激以及冷刺激的行为学反应变化,并对记录进行统计分析。  3.采用免疫荧光双标定位的实验方法观察钾离子通道K2p1.1在背根神经节内的不同的细胞之间的表达共定位  建立大鼠化疗痛模型,取化疗痛模型大鼠L4-5背根神经节组织。本研究对所取的背根神经节组织,采用免疫荧光双标定位方法,检测K2p1.1在背根神经节内的神经元细胞与其他细胞的表达分布。  4.化疗痛大鼠模型背根神经节显微注射HSV-TET1,并分别观察大鼠行为学变化  对化疗痛模型大鼠背根神经节微注射HSV-TET1分为两种方式:第一种(诱导期)是化疗痛模型建立第4天背根神经节微注射HSV-TET1,分为Naive组、Pac+HSV+TET1组、Vehicle+HSV+TET1组、Pac+PBS组、Pac+HSV+EGFP组,分别观察各组对机械、热和冷刺激的行为学变化,并对各组记录进行统计分析。第二种(维持期)是化疗痛大鼠模型建立后第7天在大鼠的背根神经节行显微注射HSV-TET1,分为Naive组、Pac+HSV+TET1组、Pac+HSV+EGFP组,分别观察其各组对机械、热和冷刺激的行为学变化,并对各组记录进行统计分析。  5.化疗痛大鼠模型的背根神经节神经元内的钾离子通道K2p1.1表达的变化  建立大鼠化疗痛模型,取化疗痛模型大鼠L4-5背根神经节组织,对组织采用Western blot实验技术,检测在不同的时间点L4-5背根神经节神经元内钾离子通道K2p1.1表达的变化;取化疗痛模型大鼠L4-5背根神经节组织,采用免疫荧光双标染色技术,检测K2p1.1表达改变以及在不同细胞之间表达定位;化疗痛模型大鼠L4-5背根神经节显微注射HSV-TET1,观察化疗痛模型大鼠的L4-5背根神经节过表达TET1后,观察TET1的过表达对化疗痛模型大鼠的行为学反应的影响,对实验结果进行统计学分析。  6.化疗痛模型的大鼠背根神经节显微注射HSV-TET1后,检测过表达TET1对大鼠背根神经节DNA甲基化水平的变化以及对K2P1.1通道蛋白表达变化的影响  构建单纯疱疹病毒HSV-TET1过表达载体。在建立化疗痛大鼠模型后第4天和第7天,分别给予化疗痛大鼠模型L4-5背根神经节显微注射HSV-TET1,按照预期时间,分别取化疗痛模型大鼠的L4-5背根神经节组织显微注射HSV-TET1的背根神经节组织,然后对各组背根神经节组织,采用Western blot技术,检测在不同的时间点的背根神经节组织神经元内钾离子通道基因Kcnk1的表达变化;取各组背根神经节组织,使用免疫荧光双标技术,观察TET1和Kcnk1在背根神经节内的细胞共定位,观察背根神经节过表达TET1与钾离子通道K2p1.1的蛋白表达改变的关系。  7.化疗痛模型的大鼠背根神经节显微注射HSV-TET1后,验证过表达TET1是否通过调控Kcnk1基因甲基化来参与化疗痛  建立大鼠化疗痛模型背根神经节显微注射HSV-TET1后,取过表达TET1的化疗痛模型大鼠背根神经节组织,利用Western blot技术,检测化疗痛模型大鼠背根神经节内过表达TET1与Kcnk1基因启动子之间的关联性;取过表达TET1的背根神经节组织,利用染色体免疫共沉淀法(Chromatin immunoprecipitation assay ChIP)-PCR的方法,观察化疗痛模型大鼠背根神经节神经元内钾离子通道基因Kcnk1启动子区的甲基化水平的改变,验证Kcnk1基因启动子区5-mC以及5-hmC的变化。  研究结果:  1.大鼠Vehicle组和Pac组在给化疗药物前所测左右侧后足的基础阈值(机械刺激缩足反射阈值、热潜伏缩足阈值和冷刺激缩足反射阈值)均无明显差异(P>0.05)。本课题实验分别检测Vehicle组和Pac组大鼠的左右侧后足的平均值进行统计学分析提示,Pac组的大鼠在建立后的第4、7、10天分别观察大鼠的行为学反应改变,与Vehicle组进行对比,发现Pac组的大鼠的机械刺激缩足反射阈值明显较低(P<0.05)、热潜伏缩足阈值显著降低(P<0.05)、冷刺激缩足反射阈值的次数明显增加(P<0.05)。  2.Pac组的大鼠在给予化疗药物后,取背根神经节组织,行Western blot分子实验技术,结果提示,Pac组与Vehicle组相比,Pac组大鼠的背根神经节内的钾离子通道K2p1.1的蛋白和mRNA的表达均显著降低。  3.背根神经节不同的亚群标志物与钾离子通道K2p1.1行免疫双标染色实验技术发现,K2p1.1阳性细胞中49.1%为NF200(中、大直径有髓纤维神经元标志物)阳性,14.1%为CGRP阳性(中、小直径多肽能神经元),25.4%为IB4阳性(小直径非多肽能神经元)。利用免疫双标染色的实验技术检测K2p1.1在背根神经节内的细胞分布发现,K2p1.1与GS(谷氨酰胺合成酶,卫星胶质细胞标志物)几乎没有共表达,这些结果提示,在背根神经节内钾离子通道K2p1.1的蛋白主要在神经元细胞内表达。  4.化疗痛模型的大鼠的背根神经节显微注射HSV-TET1,分别观察大鼠的行为学变化,研究结果发现,化疗痛模型的大鼠过表达TET1后,其机械刺激缩足反射阈值、热潜伏缩足阈值和冷刺激缩足反射阈值均发现有显著差异(P<0.05)。这些结果均提示,化疗痛模型的大鼠的背根神经节显微注射HSV-TET1后过表达TET1,可阻断化疗药物诱导大鼠神经病理性疼痛行为学反应。  5.化疗痛模型的大鼠的背根神经节显微注射HSV-TET1后过表达TET1发现,过表达TET1可调控化疗痛大鼠背根神经节DNA甲基化水平降低,而过表达TET1可诱发化疗痛的大鼠的背根神经节钾离子通道K2P1.1蛋白的表达升高。  6.染色体免疫共沉淀-PCR实验,发现在化疗痛大鼠背根神经节Kcnk1基因启动子的R1和R3区,5-mC和5-hmC存在相反的变化,表明化疗痛大鼠背根神经节Kcnk1基因内5-mC表达升高而5-hmC降低,因此,可证实,化疗痛大鼠的背根神经节Kcnk1基因的甲基化水平升高;化疗痛大鼠背根神经节显微注射TET1过表达TET1,结果提示,背根神经节过表达TET1能够减少Kcnk1基因的甲基化水平。  7.化疗痛模型大鼠显微HSV-TET1过表达TET1后,取大鼠背根神经节行Westion Blot技术,检测显示,化疗痛并没有改变TET1的表达,但却下调了Kcnk1基因的表达;但是,背根神经节内TET1过表达能够反转化疗痛模型背根神经节K2p1.1蛋白表达的下降,TET1的过表达和K2p1.1蛋白表达反向变化,提示TET1过表达能够上调K2p1.1蛋白表达。  研究结论:  化疗痛模型大鼠的行为学变化数据表明,大鼠的背根神经节显微注射HSV-TET1过表达TET1,能够缓解腹腔注射化疗药物紫杉醇诱导的化疗痛,而且背根神经节内的神经元的钾离子通道K2p1.1蛋白的表达也会相应降低,进而引起神经元兴奋性的增加,可能是参与化疗痛发病的分子机制;钾离子通道K2p1.1蛋白的表达降低可能是由于背根神经节Kcnk1基因启动子区域的甲基化水平的增加。TET1可诱导Kcnk1基因启动子区5-mC氧化生成5-hmC,可使Kcnk1基因的去甲基化水平升高,但降低了Kcnk1基因的甲基化水平。化疗痛并没有改变背根神经节内TET1的表达,但下调了K2p1.1蛋白表达。然而,化疗痛模型背根神经节显微注射HSV-TET1后TET1过表达,可上调钾离子通道K2p1.1蛋白的表达,并缓解大鼠的化疗痛行为。因此,TET1可能是参与化疗痛的发生与发展的非常重要的因素,本课题研究TET1与化疗痛的相互联系,或许对全面阐述表观遗传修饰的发生机制有帮助,为揭秘化疗痛的分子机理提供有意义的参考,为临床治疗化疗痛开辟新的思路。简而言之,背根神经节TET1过表达调控背根神经节DNA甲基化与去甲基化水平变化的机制,可能是预防和治疗化疗痛的潜在靶点。
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