RRBS等在揭示HOXA5基因高甲基化在腎纖維化中的應(yīng)用

瀏覽次數(shù)：562　發(fā)布日期：2024-4-3　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

慢性腎臟疾�。–hronic kidney disease，CKD）是全球范圍內(nèi)的公共健康問題，腎纖維化是CKD的共同病理特征，但其調(diào)節(jié)機(jī)制仍不明確。DNA甲基化是一種常見的表觀遺傳修飾，參與多種腎臟疾病的發(fā)生，包括急性腎損傷、糖尿病腎病、高血壓腎病等。包括DNA甲基化在內(nèi)的表觀遺傳調(diào)控在腎纖維化的發(fā)生和進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用，但其潛在機(jī)制尚不清楚。

2024年3月21日，武漢大學(xué)和美國喬治亞醫(yī)學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)博士肖瀟為第一作者和通訊作者在《Kidney International》雜志發(fā)表題為“Hypermethylation leads to the loss of HOXA5, resulting in JAG1 expression and NOTCH signaling contributing to kidney fibrosis”的研究論文，研究了HOXA5基因在腎纖維化中的作用，特別是其啟動(dòng)子區(qū)域高甲基化如何導(dǎo)致HOXA5表達(dá)丟失，進(jìn)而影響JAG1表達(dá)和NOTCH信號(hào)通路，從而促進(jìn)腎纖維化發(fā)展。

標(biāo)題：Hypermethylation leads to the loss of HOXA5, resulting in JAG1 expression and NOTCH signaling contributing to kidney fibrosis（高甲基化誘導(dǎo)HOXA5 丟失，從而影響JAG1 表達(dá)和 NOTCH 信號(hào)促進(jìn)腎纖維化）
時(shí)間：2024.3.21
期刊：Kidney International
影響因子：IF 19.6 / 1區(qū)
實(shí)驗(yàn)方法：RRBS等

研究摘要：
本研究通過簡化基因組重亞硫酸鹽測(cè)序（RRBS）和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq）等實(shí)驗(yàn)分析揭示了小鼠腎纖維化與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶誘導(dǎo)以及整體DNA甲基化水平增加有關(guān)，且纖維化可以通過DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑5-Aza-2’-deoxycytidine（5-Aza）得到緩解。全基因組分析顯示，在小鼠單側(cè)輸尿管梗阻（UUO）的腎臟中，94個(gè)基因高甲基化，而5-Aza顯著減少高甲基化。在這些基因中，Hoxa5在其基因啟動(dòng)子區(qū)域高甲基化，這種高甲基化與輸尿管梗阻或單側(cè)缺血再灌注損傷（UIRI）后纖維化小鼠腎臟中HOXA5表達(dá)降低有關(guān)。5-Aza可防止Hoxa5高甲基化，恢復(fù)HOXA5表達(dá)，并抑制腎纖維化。在慢性腎病患者的腎臟活檢樣本中驗(yàn)證了HOXA5下調(diào)，并發(fā)現(xiàn)其與增加的腎纖維化和DNA甲基化有關(guān)。在小鼠近端腎小管中特異性敲除Hoxa5誘導(dǎo)腎纖維化加劇，而通過特異性敲入Hoxa5則得到緩解。從機(jī)制上講，HOXA5通過直接結(jié)合與其基因啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合來抑制Jag1轉(zhuǎn)錄，從而在腎纖維化過程中抑制JAG1-NOTCH信號(hào)通路。本研究結(jié)果表明，通過 DNA 甲基化丟失 HOXA5 誘導(dǎo) JAG1 和隨后激活 NOTCH 信號(hào)通路有助于腎臟疾病的纖維化。

在UUO和UIRI模型中，DNA甲基化增加，特別是通過全基因組分析發(fā)現(xiàn)94個(gè)基因在小鼠單側(cè)輸尿管梗阻腎臟中呈現(xiàn)高甲基化，這些基因高甲基化通過5-Aza得到減少。
Hoxa5基因在UUO和UIRI模型中的高甲基化與其在纖維化小鼠腎臟中的表達(dá)降低相關(guān)聯(lián)。5-Aza能夠防止Hoxa5高甲基化，恢復(fù)HOXA5表達(dá)，并抑制腎纖維化。
在人類慢性腎臟疾病患者的腎臟活檢樣本中，HOXA5下調(diào)與腎纖維化和DNA甲基化的增加相關(guān)。
通過條件性敲除和敲入Hoxa5的小鼠模型，證實(shí)了HOXA5丟失通過誘導(dǎo)JAG1和隨后激活NOTCH信號(hào)通路來促進(jìn)腎臟疾病中的纖維化。

圖形摘要：DNA甲基化丟失HOXA5通過誘導(dǎo)JAG1并隨后激活NOTCH信號(hào)通路而導(dǎo)致腎臟疾病的纖維化。

實(shí)驗(yàn)方法：
通過小鼠單側(cè)輸尿管梗阻（UUO）模型和單側(cè)缺血再灌注損傷（UIRI）模型來研究腎纖維化。使用5-Aza-2’-deoxycytidine（5-Aza）作為DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑，來研究DNA甲基化對(duì)腎纖維化的影響。

結(jié)果圖形：
（1）腎纖維化與DNA甲基化有關(guān)，并被DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑抑制。

圖1：UUO期間腎臟誘導(dǎo)DNA甲基化，DNA甲基化的藥理學(xué)抑制抑制腎纖維化

（2）UUO腎臟的DNA甲基化分析

圖2：UUO腎臟中DNA甲基化分布。

（3）Hoxa5啟動(dòng)子甲基化與UUO和UIRI中的腎纖維化相關(guān)

圖3：Hoxa5基因的啟動(dòng)子甲基化與UUO的腎纖維化有關(guān)

（4）HOXA5在腎小管細(xì)胞中表達(dá)，且表達(dá)受DNA甲基化調(diào)控

圖4：HOXA5在腎小管細(xì)胞中表達(dá)，其表達(dá)受DNA甲基化調(diào)控。

（5）近端腎小管中HOXA5的誘導(dǎo)性敲除加劇UUO和UIRI的腎纖維化

圖5：近端腎小管中HOXA5的誘導(dǎo)型敲除加重了UUO的腎纖維化。

（6）近端腎小管中HOXA5的誘導(dǎo)型敲入可改善UUO中的腎纖維化。

圖6：近端小管中HOXA5的誘導(dǎo)型敲入可改善UUO的腎纖維化

（7）Jag1是近端腎小管細(xì)胞纖維化應(yīng)激期間HOXA5的潛在靶標(biāo)。

圖7：Jag1是近端腎小管細(xì)胞纖維化應(yīng)激期間HOXA5的潛在靶標(biāo)

（8）HOXA5通過抑制JAG1表達(dá)來抑制JAG1-NOTCH信號(hào)

圖8：HOXA5通過抑制小鼠中的JAG1表達(dá)來抑制JAG1-NOTCH信號(hào)

（9）HOXA5通過直接與其啟動(dòng)子結(jié)合來抑制Jag1轉(zhuǎn)錄

圖9：HOXA5通過直接與其啟動(dòng)子結(jié)合來抑制Jag1轉(zhuǎn)錄

（10）在人類慢性腎臟疾病（CKD）患者的腎臟活檢樣本中，HOXA5表達(dá)水平與腎纖維化、JAG1表達(dá)以及DNA甲基化水平呈負(fù)相關(guān)。

圖10：HOXA5與人類CKD患者腎活檢中的腎纖維化，JAG1和DNA甲基化呈負(fù)相關(guān)。

研究結(jié)論：
HOXA5基因的DNA甲基化導(dǎo)致的表達(dá)丟失是腎臟疾病纖維化的一個(gè)重要機(jī)制，通過誘導(dǎo)JAG1和激活NOTCH信號(hào)通路來促進(jìn)纖維化。本研究展示了DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑5-Aza在腎纖維化中的重要作用。HOXA5在纖維化腎臟中通過高甲基化下調(diào)，這種下調(diào)導(dǎo)致JAG1表達(dá)和隨后NOTCH信號(hào)通路的激活，促進(jìn)腎纖維化。這些發(fā)現(xiàn)揭示了DNA甲基化及相關(guān)基因，如HOXA5，作為腎纖維化疾病潛在治療靶點(diǎn)的可能性。本研究為理解腎纖維化的分子機(jī)制提供了新的見解，并為未來的治療策略提供了潛在的分子靶點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：
Xiao X, Wang W, Guo C, Wu J, Zhang S, Shi H, Kwon S, Chen J, Dong Z. Hypermethylation leads to the loss of HOXA5, resulting in JAG1 expression and NOTCH signaling contributing to kidney fibrosis. Kidney Int. 2024 Mar 21. pii: S0085-2538(24)00193-5. doi: 10.1016/j.kint.2024.02.023. PubMed PMID: 38521405.

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標(biāo)簽： DNA甲基化

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