组蛋白去乙酰化酶抑制剂的研究进展

核小体是真核生物染色质的基本单位,通过对组蛋白核心的N-端的乙酰化、甲基化、磷酸化、遍在蛋白化的修饰作用而影响细胞的功能。组蛋白乙酰化酶(histone acetylase HAT)及组蛋白去乙酰化酶(Histone Deacetylases HDAC)之间的动态平衡控制着染色质的结构和基因表达。当组蛋白去乙酰化水平增加,乙酰化水平相对降低,即会导致正常的细胞周期与代谢行为的改变而诱发肿瘤,及神经退行性变。组蛋白去乙酰化酶抑制剂(Histone Deacetylases-inhibitor HDACi)目前是国内外研究的热点。其中,曲古霉素A(Trichostatin A TSA),是最早发现的天然组蛋白去乙酰化酶抑制剂;伏立诺他(Suberoylanilide Hydroxamic Acid SAHA)已经美国FDA批准用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤。本文就HDACi分类及其功能出发综述HDACi的作用机制及研究进展。     

组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDAIs)对异染色质的作用

组蛋白乙酰化和去乙酰化可调节染色体的多种功能,例如基因表达和染色体分离等。研究发现,组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histone deacetylase inhibitors,HDACIs)可诱导分化、生长阻断和肿瘤细胞凋亡,目前HDACIs正作为抗肿瘤药物进行临床试验,在肿瘤治疗中显示出具有较好的应用前景。然而,人们对于HDACIs在生物体内是如何发挥作用以及不同类型细胞为何会有不同的应答途径却关注甚少。本综述通过讨论HDACIs对周期和非周期细胞中组蛋白去乙酰化酶的抑制结果,来阐明组蛋白乙酰化模式的动力学特征,特别是对基因组异染色质的作用。     

三氧化二砷对MRL/lpr狼疮鼠脾脏淋巴细胞组蛋白乙酰化的影响

观察三氧化二砷(arsenic trioxide,ATO)对MRL/lpr狼疮鼠脾脏淋巴细胞组蛋白H3乙酰化水平的影响以及对组蛋白乙酰基转移酶(histone acetyltransferases,HATs)和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs)活性的影响。将20周龄MRL/lpr狼疮鼠和正常C57BL/6J小鼠无菌条件下取出脾脏,配制成脾脏淋巴细胞悬液。体外经PHA-P(20μg/ml)和IL-2(1000 U/ml)常规刺激48 h后,随机分为3组:ATO组;曲古抑菌素(Trichostatin A,TSA)组;RPMI 1640组。继续培养24 h。免疫印迹法测定乙酰化组蛋白H3的表达量;酶活性试剂盒分别测定HAT和HDAC活性。结果显示在MRL/lpr狼疮鼠中RPMI 1640组、ATO组、TSA组组蛋白H3乙酰化水平分别为0.46±0.06、O.87±0.02、1.6±0.13(n=3),且差异具有显著的统计学意义(P0.01);ATO和TSA能明显降低HDAC活性(P0.01);而对于HAT,三组间两两相比差异无统计学意义;ATO组和TSA组HDAC/HAT的比值明显低于RPMI 1640组。而在C57BL/6J小鼠中,ATO组和RPMI 1640组之间以上指标均无差异。研究结果表明AT0能明显抑制MRL/lpr狼疮鼠脾脏淋巴细胞的HDAC活性,下调HDAC/HAT的比值,提高组蛋白H3的乙酰化水平,而对正常小鼠并无明显影响。     

果蝇组蛋白去乙酰化酶HDAC1和HDAC3选择性调控形态发生素靶基因转录

在真核细胞中,组蛋白的乙酰化状态对于基因转录的正常进行具有重要的调控作用。组蛋白的乙酰化修饰由组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferases,HATs)执行,这种修饰是动态的、可逆的,负责去乙酰化修饰的酶是组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs),推测HDACs可能通过影响组蛋白的乙酰化状态在基因的转录过程中发挥调控作用。该文以组蛋白去乙酰化酶HDAC1和HDAC3为对象,研究了它们在果蝇翅膀发育过程中对Wg(Wingless)、Hh(Hedgehog)以及Dpp(Decapentaplegic)信号通路下游靶基因转录的调控作用。结果发现,HDAC1功能缺失可导致Dpp下游靶基因Omb(optomotor-blind)和Hh下游靶基因Ptc(patched)的表达上调。Real-time quantitative PCR(RT-q PCR)结果显示,在HDAC1基因敲除的果蝇中,Ptc、Ci(cubitus interruptus)以及Omb的转录水平增加。HDAC3缺失导致Sal(spalt)的表达上调。RT-q PCR结果证实了HDAC3基因敲除果蝇的Sal转录增加,同时发现Vg(vestigial)的转录下降。而过表达HDAC1或HDAC3对下游靶基因的表达则没有影响。综上所述,该研究表明,HDAC1和HDAC3可以选择性地调控形态发生素下游靶基因的转录。     

HDAC抑制剂TSA抑制乳腺癌MCF-7细胞增殖并促进乳腺癌细胞凋亡

曲古抑菌素A (trichostatin A, TSA) 作为组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histone deacetylase inhibitor, HDACi),是近年来发现的一类新型抗肿瘤药物,对多种实体瘤及血液系统肿瘤具有显著抗肿瘤作用.体外实验及动物模型显示,TSA对于乳腺癌也有一定杀伤作用.目前认为,TSA可以通过抑制组蛋白去乙酰化作用而影响细胞内基因转录,但其抗肿瘤作用的分子机理尚不清楚.本文通过MTT法检测不同剂量的TSA对乳腺癌细胞生长的影响,发现TSA可以剂量依赖地抑制乳腺癌细胞MCF-7的生长.膜联蛋白（annexin）-Ⅴ/PI双染法和PAPR水解检测证实TSA同时促进MCF-7细胞凋亡.Western 印迹分析表明,在分子水平上,TSA诱导MCF-7细胞中的周期抑制蛋白p21表达,同时使得抗凋亡因子Bcl-2的表达水平降低,表明TSA可能通过调控p21和Bcl-2的表达来实现抑制乳腺癌细胞生长并促使其凋亡,从而发挥抗肿瘤作用.     

组蛋白去乙酰化酶（HDAC）在间充质干细胞C3H10T1/2成脂分化过程中的表达及HDAC11的作用

组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase, HDAC）通过参与调节组蛋白乙酰化修饰调控基因表达. 研究发现多种HDAC参与成脂分化,但其机制尚不清楚. 本研究旨在探讨间充质干细胞C3H10T1/2成脂分化过程中组蛋白去乙酰化酶（HDAC）的表达变化及其对成脂分化的影响. 本研究首先建立了C3H10T1/2体外成脂分化的模型并以油红O染色鉴定成功诱导成脂分化. PCR检测C3H10T1/2细胞成脂分化过程中11种HDAC的变化趋势,发现成脂分化过程中,HDAC1、2、5、9和10的mRNA表达量下降而HDAC3、6、8和11的mRNA表达量明显上升,其中HDAC11上升最为显著. 进一步通过RNA干扰沉默HDAC11表达, PCR检测成脂分化的关键转录因子PPARγ2和成脂标志物Perilipin、Adipoq 的mRNA表达量下降,但Fabp4表达变化不明显. 油红O染色结果表明,诱导C3H10T1/2成脂分化过程中,干扰HDAC11表达,胞浆内脂滴形成数量减少,成脂分化受到抑制. 总之,我们实验的结果提示C3H10T1/2细胞成脂分化伴随着多种HDAC表达的变化,其中HDAC11的增加最显著,干扰HDAC11的表达可以抑制C3H10T1/2细胞的成脂分化.     

组蛋白去乙酰化酶6与人类疾病

组蛋白去乙酰化酶6 (histone deacetylase 6, HDAC6)属于IIb类组蛋白去乙酰化酶家族,是一种依赖锌的,主要靶向非组蛋白的去乙酰化酶。越来越多的研究表明,HDAC6的表达和活性在多种疾病的发生发展过程中是异常的,因此,HDAC6被认为是潜在治疗的靶点。临床前数据表明,许多特异性靶向HDAC6的小分子抑制剂在多种疾病的治疗中发挥作用。该文讨论了HDAC6结构和功能的最新研究,并结合其小分子抑制剂在恶性肿瘤、神经退行性疾病、肾纤维化和自身免疫及炎症等方面的研究进展进行综述。     

西方蜜蜂工蜂蛹中期响应低温胁迫的差异表达基因分析

【目的】本研究旨在分析西方蜜蜂Apis mellifera工蜂蛹中期可能存在的低温应对机制以及低温对中期蛹发育的不利影响。 【方法】对西方蜜蜂工蜂8 d封盖子进行低温(20℃)处理96 h(T),以未经低温胁迫的8 d封盖子为对照(CK),通过转录组测序(RNA-seq)并筛选差异基因(differentiallyexpressed genes, DEGs);对DEGs进行GO分类和KEGG通路分析。利用RT-qPCR对随机选取的5个DEGs的表达量进行验证。【结果】西方蜜蜂8 d封盖子低温(20℃)胁迫96 h的DEGs有1 101个;GO分类发现DEGs富集数最多的条目为代谢过程(142个DEGs)和细胞过程(142个DEGs),其次是结合(131个DEGs),催化活性(120个DEGs)和单有机体过程(118个DEGs);KEGG通路分析结果显示,DEGs显著富集于与氧化损伤密切相关的过氧化物酶体通路、D-谷氨酰胺代谢通路、D-谷氨酸代谢通路和谷胱甘肽代谢通路;此外,与激素调控相关的昆虫激素代谢通路、mTOR信号通路和FOXO信号通路上也有DEGs显著富集。随机挑选的5个DEGs的RNA-Seq与RT-qPCR结果一致。【结论】本研究发现低温状态下西方蜜蜂中期蛹主要通过体内激素调控发育进程,使其减速或停止发育以应对低温;低温通过影响其抗氧化酶表达量进而可能积累氧化损伤,从而对羽化后蜜蜂产生影响。本研究结果有助于理解发育阶段温度生态幅狭窄的昆虫对于低温的应对机制及低温对其的不利影响。     

曲古抑菌素A对体外培养牛成纤维细胞组蛋白乙酰化和甲基化的影响

Trichostatin A(TSA)是一种特异的组蛋白去乙酰化酶抑制剂。研究显示,TSA可以特异地抑制组蛋白去乙酰化酶活性,提高细胞的组蛋白乙酰化水平,激活基因的表达。但是,目前还不是很清楚TSA处理是否对组蛋白甲基化产生影响。本研究以成纤维细胞为研究对象,利用免疫细胞化学技术及激光共聚焦显微镜,探讨了TSA处理体细胞对其组蛋白乙酰化及甲基化修饰的影响。结果显示,随TSA浓度增加,体细胞形态发生明显的改变,细胞变得扁平且核区较大,处理后组蛋白H4K8位点的乙酰化水平随着TSA浓度的增加明显提高。检测组蛋白H3上两个甲基化位点发现,随组蛋白乙酰化水平的增加,H3K4位点的三甲基化（H3K4me3）水平也显著提高。但是,对于H3K9的二甲基化水平（H3K9me2）则没有明显变化。以上结果显示,TSA的处理不仅可以提高体细胞的组蛋白乙酰化水平,同时也增加了与基因表达激活相关组蛋白修饰位点的甲基化水平,但是对于与沉默基因相关的组蛋白修饰位点则没有明显的影响。     

组蛋白去乙酰化酶抑制剂SAHA对胰腺癌细胞Patu8988 的放射增敏作用

目的:探讨组蛋白去乙酰化酶抑制剂SAHA对胰腺癌Patu8988细胞增殖的影响和放射增敏作用。方法:用含不同浓度(0、0.5、1、2、4、6、8μmo L/L)SAHA的培养基分别培养胰腺癌Patu8988细胞12、24、36和48 h,采用MTT比色法检测SAHA作用细胞的生长抑制作用,计算IC50。设空白对照组和SAHA处理组(20%IC50 SAHA作用24 h),予6MV-X射线(0、2、4、6、8Gy)照射,克隆形成实验法检测SAHA对Patu8988细胞的放射增敏作用,单靶多击模型拟合细胞存活曲线,计算放射相关参数D0、Dq值和放射增敏比。Western blot法检测不同浓度(0、4、8、12μmo L/L)SAHA对Patu8988细胞内组蛋白H4乙酰化水平、Ku70和Bax蛋白表达的影响。结果:SAHA可抑制Patu8988细胞增殖,呈浓度和时间依赖性,48 h的IC50为5.40μmol/L。SAHA联合放疗处理Patu8988细胞的克隆形成率明显低于单独放疗处理,D0分别为1.513、2.229,Dq分别为0.783、1.321,放射增敏比(SER)为1.47。SAHA可增加Patu8988细胞内组蛋白H4乙酰化水平,抑制DNA修复蛋白Ku70表达,促进凋亡相关基因Bax表达,呈剂量依赖性,差异有统计学意义(P0.05)。结论:SAHA可以浓度和时间依赖性方式抑制胰腺癌Patu8988细胞的增殖,并具有放射增敏作用,抑制断裂DNA双链修复及促进凋亡可能是其作用机制之一。     

侧孢短芽孢杆菌S2-31拮抗下细辛叶枯病菌转录组差异表达分析

通过分析侧孢短芽孢杆菌拮抗作用下叶枯病菌的转录组学特征,研究差异表达基因(DEGs)和代谢通路的富集情况,初步探索侧孢短芽孢杆菌拮抗叶枯病菌的分子机制.首先利用S2-31与叶枯病菌的对峙培养观察其拮抗作用,然后利用转录组测序探究侧孢短芽孢杆菌拮抗下和正常生长下的叶枯病菌的基因表达水平差异,并进行RT-qPCR验证,最后...     

尖孢镰刀菌古巴专化型MAPK FoSlt2敲除突变体的转录组分析

尖孢镰刀菌古巴专化型Fusarium oxysporum f. sp. cubense（FOC）是威胁香蕉生产的重要土传病原真菌。丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）FoSlt2信号通路在调控尖孢镰刀菌古巴专化型的生长发育、细胞壁完整性和致病性方面发挥着重要作用。为了揭示FoSlt2信号通路的致病机理和寻找农药靶标,本研究利用高通量RNA-seq技术对该病菌野生型菌株和FoSlt2敲除突变体菌株的转录组进行了比较分析,结果表明差异表达基因共有2 164个,其中上调表达基因有1 184个,下调表达基因有980个。Gene Ontology（GO）功能分析结果表明,差异表达基因主要参与在结合、催化分子功能组和代谢过程、细胞过程生物学通路中。KEGG 功能富集分析结果表明,差异基因主要参与戊糖和葡糖醛酸盐转换、氨基糖和核苷酸糖、氨基葡聚糖降解、磷酸肌醇和碳类物质代谢通路,说明这些通路与尖孢镰刀菌古巴专化型的生长发育和致病性相关。该研究为尖孢镰刀菌古巴专化型致病机制的阐明奠定了理论基础。     

转录组和代谢组分析瘤菌根菌对铁皮石斛的促生机制

为筛选出促进铁皮石斛(Dendrobium officinale)生长的差异表达基因和差异代谢物,对瘤菌根菌与无菌盆栽铁皮石斛苗共生后形成的侧根根系进行转录组、代谢组和双组学联合分析。结果表明,转录组分析共找到262条差异表达基因富集到了35条通路中,其中内质网蛋白质加工通路途径的差异基因最多,其次为氨基糖和核苷酸糖代谢通路。代谢组分析共检测出194个差异代谢物富集到33个KEGG通路中,其中代谢途径的差异代谢物最多有133个,其次为不同环境的微生物代谢途径的差异代谢物有70个。通过联合分析,有9个差异基因的差异表达导致丝氨酸、谷氨酸、D-甘露糖和激素等代谢物的积累量发生变化,这可能是瘤菌根菌促进铁皮石斛生长的重要原因。因此,推测瘤菌根菌促进铁皮石斛生长与氨基酸、糖、植物激素的积累及相关基因的表达变化有关。     

Bioinformatics analysis reveals disturbance mechanism of MAPK signaling pathway and cell cycle in Glioblastoma multiforme

Background & objectives

To analyze the reversal gene pairs and identify featured reversal genes related to mitogen-activated protein kinases (MAPK) signaling pathway and cell cycle in Glioblastoma multiforme (GBM) to reveal its pathogenetic mechanism.

Methods

We downloaded the gene expression profile GSE4290 from the Gene Expression Omnibus database, including 81 gene chips of GBM and 23 gene chips of controls. The t test was used to analyze the DEGs (differentially expressed genes) between 23 normal and 81 GBM samples. Then some perturbing metabolic pathways, including MAPK (mitogen-activated protein kinases) and cell cycle signaling pathway, were extracted from KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) pathway database. Cancer genes were obtained from the database of Cancer Gene Census. The reversal gene pairs between DEGs and cancer genes were further analyzed in MAPK and cell cycle signaling pathway.

Results

A total 8523 DEGs were obtained including 4090 up-regulated and 4433 down-regulated genes. Among them, ras-related protein rab-13(RAB13), neuroblastoma breakpoint family member 10 (NBPF10) and disks large homologue 4 (DLG4) were found to be involved in GBM for the first time. We obtained MAPK and cell cycle signaling pathways from KEGG database. By analyzing perturbing mechanism in these two pathways, we identified several reversal gene pairs, including NRAS (neuroblastoma RAS) and CDK2 (cyclin-dependent kinase 2), CCND1 (cyclin D1) and FGFR (fibroblast growth factor receptor). Further analysis showed that NRAS and CDK2 were positively related with GBM. However, FGFR2 and CCND1 were negatively related with GBM.

Interpretation & conclusions

These findings suggest that newly identified DEGs and featured reversal gene pairs participated in MAPK and cell cycle signaling pathway may provide a new therapeutic line of approach to GBM.     

Prognostic value of metabolic genes in lung adenocarcinoma via integrative analyses

BackgroundLung adenocarcinoma (LUAD) is the most common malignant lung tumor. Metabolic pathway reprogramming is an important hallmark of physiologic changes in cancers. However, the mechanisms through which these metabolic genes and pathways function in LUAD as well as their prognostic values have not been fully established.MethodsFour publicly available datasets from GEO and TCGA were used to identify differentially expressed genes (DEGs) in LUAD, which were then subjected to GO and KEGG pathway enrichment analysis. Associations between metabolic gene expressions with overall survival, tumor stage, TP53 mutation status, and infiltrated immune cells were investigated. Protein-protein interactions were evaluated using GeneMANIA and Metascape.ResultsBy integrating four public datasets, 247 DEGs were identified in LUAD. These DEGs were significantly enriched in regulation of chromosome segregation, centromeric region, and histone kinase activity GO terms, as well as in cell cycle, p53 signaling pathway, metabolic pathways, and other KEGG pathways. Elevated expressions of ten metabolic genes in LUAD were significantly associated with poor survival outcomes. These metabolic genes were highly expressed in more advanced tumor stage and TP53 mutated patients. Moreover, expression levels were significantly correlated with tumor-infiltrating immune cells. PPI interaction analysis revealed that the top 20 genes interacting with each metabolic gene were significantly enriched in DNA replication, response to radiation, and central carbon metabolism in cancer.ConclusionThis study elucidates on molecular changes in metabolic genes in LUAD, which may inform the development of genetically oriented diagnostic approaches and effective treatment options.     

高通量测序分析不同浓度的白鲜碱对须癣毛癣菌转录组的影响

[背景]目前,由皮肤浅部真菌引起的皮肤病逐年增加,已经成为影响人类健康的重大问题之一。[目的]探究白鲜碱(dictamnine,DIC)单体对须癣毛癣菌的抑菌作用及作用机制。[方法]通过高通量测序技术对须癣毛癣菌及白鲜碱作用后的须癣毛癣菌进行转录组测序,对测序序列进行处理和生物信息学分析,以及测序质量评价和序列注释。通过与对照组比较,鉴别出差异表达基因,然后进行GO功能显著性分析和KEGG代谢途径分析等。[结果]白鲜碱对须癣毛癣菌的MIC值为50μg/mL。DIC高剂量组与对照组比较,共360个差异基因;其中上调表达265个,下调表达95个。MFS1、KU70、KU80、L2、cpaT、MFS2、VdtG、patC等基因表达有显著差异。GO功能富集表明,差异基因主要集中于核糖体、线粒体膜、抗氧化活性、毒素代谢过程、单一生物代谢过程、次生代谢过程、初级活性跨膜转运蛋白活性和活跃的跨膜转运蛋白活性等。KEGG代谢途径的改变主要集中在ABC转运、膜运输障碍、谷胱甘肽代谢、DNA的复制与修复变化、减数分裂、氧化磷酸化和丙酮酸代谢障碍等富集通路上,并且相关基因均有显著性改变(P<0.05)...     

Genome‐wide analysis of Nilaparvata lugens nymphal responses to high‐density and low‐quality rice hosts

The brown planthopper (BPH) Nilaparvata lugens is an economically important pest on rice plants. In this study, the higher population density and yellow‐ripe stage of rice plants were used to construct adverse survival conditions (ASC) against BPH nymphs. Simultaneously, the low population density and tillering stage of rice plants were used to establish a suitable survival condition (SSC) as a control. Solexa/Illumina sequencing was used to identify genes of BPH nymphs responding to ASC. Significantly longer duration development of BPH nymphs and significantly lower brachypterous ratio of BPH adults were observed by ASC compared with SSC. A total of 2 544 differentially expressed genes (DEGs) were obtained and analyzed by BLASTx, Gene Ontology and KEGG Orthology. Gene ontology analysis revealed that the DEGs were mainly involved in categories of cell, cell part, cellular process, binding, catalytic, organelle and metabolic processes. 1 138 DEGs having enzyme commission numbers were assigned to different metabolic pathways. The largest clusters were neurodegenerative diseases (137, 12.0%), followed by carbohydrate metabolism (113, 9.9%), amino acid metabolism (94, 8.3%), nucleotide metabolism (76, 6.7%), energy metabolism (64, 5.6%), translation (60, 5.3%), lipid metabolism (58, 5.1%), and folding, sorting and degradation (52, 4.6%). Expressing profile of 11 DEGs during eight nymphal developmental stages of BPH were analyzed by quantitative real‐time polymerase chain reaction. The 11 genes exhibited differential expression between ASC and SSC during at least one developmental stage. The DEGs identified in this study provide molecular proof of how BPH reconfigures its gene expression profile to adapt to overcrowding and low‐quality hosts.     

COPD 差异表达基因的生物信息学分析及在LUSC样本中的表达

为确定慢性阻塞性肺病(COPD)的分子标记物及COPD与肺鳞状细胞癌(LUSC)共存的差异表达基因,探寻COPD合并肺癌的预测因子,发现新的治疗靶点。本研究采用生物信息学方法,从GEO数据库中筛选3套基因芯片数据集,挖掘COPD患者小气道上皮细胞(SAEC)的差异表达基因(DEG)以及潜在的生物标记物,并通过基因本体(GO)、京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析预测DEGs的功能及参与的代谢途径。继而对DEGs构建PPI网络,使用Cytoscape软件筛选子模块和Hub基因,并将Hub基因通过TCGA数据库分析其在LUSC中的差异表达情况及差异基因间的相关性。结果共获得52个上调基因和24个下调基因,代谢通路主要集中在细胞色素P450对外源物质的代谢、化学致癌、花生四烯酸代谢及甲状腺激素合成四条途径上,通过Cytoscape软件从PPI网络中筛选得到2个功能模块和10个Hub基因,进一步验证发现其中5个基因在TCGA数据库中的LUSC样本中同样差异表达。由此推测SPP1、ALDH3A1、SPRR3、KRT6A和SPRR1B 可能为COPD 分子标记物及COPD与LUSC共存的DEGs,从而为研究COPD和LUSC的发病机制及二者潜在关系奠定良好的基础。