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RNA-seq聯(lián)合ChIP-seq分析揭示肝臟p53依賴(lài)的組織特異性抗輻射機(jī)制

瀏覽次數(shù):484 發(fā)布日期:2024-4-24  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
以前的研究發(fā)現(xiàn)胸腺和脾臟是體內(nèi)輻射敏感組織,而肝臟不是。胸腺和脾臟在體內(nèi)全身輻射后會(huì)觸發(fā)p53依賴(lài)性凋亡,但這種肝臟特異性抗性的分子機(jī)制尚不清楚。
 
2023年03月28日,美國(guó)西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院James J. Manfredi團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)經(jīng)輻射處理的小鼠器官進(jìn)行聯(lián)合RNA測(cè)序(RNA-seq)和染色質(zhì)免疫沉淀測(cè)序(ChIP-seq)分析,鑒定出共有的和組織特異性p53轉(zhuǎn)錄反應(yīng),揭示了胸腺和脾臟共有的p53靶點(diǎn)富含凋亡靶點(diǎn)。且肝臟不能上調(diào)這些基因并不是因?yàn)榛蛘加新式档。小鼠模型?shí)驗(yàn)表明,p53的C末端缺失可導(dǎo)致肝內(nèi)p53凋亡靶點(diǎn)的輻射誘導(dǎo)表達(dá),并伴隨細(xì)胞死亡增加。全面的RNA-seq分析顯示,C末端在肝臟特異性p53靶點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄激活中需要發(fā)揮額外作用。作者推測(cè),抑制凋亡基因表達(dá)和增強(qiáng)肝臟特異性靶點(diǎn)激活都會(huì)導(dǎo)致組織特異性放射抵抗。相關(guān)研究成果以“In vivo RNA-seq and ChIP-seq analyses show an obligatory role for the C terminus of p53 in conferring tissue-specific radiation sensitivity”為題發(fā)表在《Cell Reports》期刊(IF 8.8)。

 

研究要點(diǎn):
  • RNA-seq和ChIP-seq顯示p53輻射反應(yīng)具有共有性和組織特異性
  • 肝臟p53靶向凋亡靶基因,但不能調(diào)控其表達(dá)
  • p53C末端抑制肝細(xì)胞凋亡基因,具有放射抗性
  • p53C末端是肝臟特異性基因?qū)椛浞磻?yīng)所必需的


圖形摘要


材料方法:
樣本處理:對(duì)21日齡不同基因型C57/Bl6小鼠進(jìn)行2Gy精密X射線(xiàn)照射。X光照射的小鼠和年齡匹配的未受照射的對(duì)照小鼠在籠中保持3h。稱(chēng)重21日齡不同基因型C57/Bl6小鼠,在PBS(10μg/g體重)或PBS中腹腔注射100μl阿霉素。
方法:RNA提取、qRT-PCR、RNA-seq、ChIP-seq、TUNEL(通過(guò)標(biāo)記核酸末端檢測(cè)DNA片段)、免疫印跡。

研究結(jié)果:
(1)DNA損傷誘導(dǎo)小鼠胸腺和脾臟的p53依賴(lài)性細(xì)胞凋亡,但不誘導(dǎo)肝臟凋亡

圖1:DNA 損傷在胸腺和脾臟中誘導(dǎo) p53 依賴(lài)性細(xì)胞凋亡,但不誘導(dǎo)肝臟凋亡,具有共有和組織特異性的 p53 轉(zhuǎn)錄反應(yīng)

 
圖1A:對(duì)野生型C57/BL6小鼠進(jìn)行2Gy的X射線(xiàn)照射6h,胸腺和脾臟出現(xiàn)大量的凋亡,而肝臟則沒(méi)有。
圖1B:使用p53基因缺失的小鼠進(jìn)行同樣處理,證明胸腺和脾臟的這些效應(yīng)確實(shí)是p53依賴(lài)性的。
圖1C:WB實(shí)驗(yàn)確定三種組織中p53的相對(duì)表達(dá)水平。照射3h后,p53在三種組織中的表達(dá)被誘導(dǎo),6h后減弱。
圖1D:定量測(cè)量p53和actin條帶的相對(duì)強(qiáng)度表明,這三種組織中p53的表達(dá)水平?jīng)]有差異。然而,肝臟顯示出強(qiáng)大的p53靶基因反應(yīng)
圖1E/F:野生型和p53缺失小鼠均未接受或接受2 Gy的X射線(xiàn)照射,進(jìn)行RNA-seq分析。
圖1G:對(duì)相應(yīng)組織進(jìn)行ChIP-seq分析,以確定p53的占據(jù)位點(diǎn)。
圖1H/I:整合RNA-seq與ChIP-seq數(shù)據(jù),挖掘表達(dá)水平顯著改變同時(shí)也有相關(guān)peak的基因,以鑒定真正的p53靶點(diǎn)。

(2)X射線(xiàn)誘導(dǎo)p53直接轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)的共同核心集
圖2:X輻射誘導(dǎo)一組共有的p53直接轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)核心
 
圖2A/B:圖1H發(fā)現(xiàn),20個(gè)基因在三種組織中均顯著上調(diào),且在基因的10 kb范圍內(nèi)至少有一個(gè)peak。這20個(gè)基因的上調(diào)在所有受檢組織中都依賴(lài)于p53。
圖2C:選擇了三個(gè)基因進(jìn)行qRT-PCR驗(yàn)證。Ccng1、Phlda3和Aen都上調(diào)了3-12倍,前兩個(gè)基因在每個(gè)組織中都明顯依賴(lài)于p53。
圖2D:在靠近轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的地方存在穩(wěn)健的峰,且在Phlda3中,在基因上游存在額外的峰。
圖2E:對(duì)所有20個(gè)共有基因的motif分析確定了一個(gè)的非常相似的motif。
圖2F:這些peak大部分位于p53本身或p53的上游,只有少數(shù)位于下游。
圖2G:GSEA顯示,GO_BP與先前與導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的p53 DNA損傷應(yīng)答相關(guān)的基因有關(guān)

(3)肝臟 p53 無(wú)法上調(diào)凋亡基因
圖3:肝臟p53無(wú)法上調(diào)凋亡基因
 
圖3A:為闡明胸腺和脾臟與肝臟對(duì)輻射的不同生物反應(yīng)的基礎(chǔ),確定了敏感組織中特異性上調(diào)的基因。結(jié)果發(fā)現(xiàn),80個(gè)基因在胸腺和脾臟中的表達(dá)在輻射后增加,而在肝臟中沒(méi)有變化。所有這80個(gè)基因都有與之相關(guān)的ChIP峰,并被認(rèn)為是p53的真正靶標(biāo)。
圖3B:GSEA顯示與細(xì)胞凋亡相關(guān)的生物過(guò)程是富集率最高的。
圖3C:與凋亡過(guò)程基因集重疊的21個(gè)基因被證實(shí)其基因表達(dá)依賴(lài)于p53,并且在肝臟中不表達(dá)。
圖3D:qRT-PCR證實(shí)這些基因的一個(gè)子集(Bbc3、Pmaip1和Bax)在胸腺和脾臟中確實(shí)是選擇性靶點(diǎn),但在肝臟中不是,并且它們的表達(dá)依賴(lài)于p53。一個(gè)共同的靶點(diǎn)Cdkn1a在所有三個(gè)組織中作為p53依賴(lài)性基因表達(dá)的陽(yáng)性對(duì)照。在10周齡小鼠中檢測(cè)Bbc3 (Puma)時(shí),在蛋白和mRNA水平發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的組織特異性。這就提出了一種可能性,即基因表達(dá)的組織特異性可能與對(duì)X射線(xiàn)的不同敏感性有關(guān)。

(4)無(wú)法上調(diào)肝臟中的p53凋亡靶點(diǎn)不是由于基因占用減少

圖4:無(wú)法上調(diào)肝臟中的p53凋亡靶點(diǎn)不是由于基因占用減少

 
圖4A:肝臟p53不能上調(diào)凋亡靶點(diǎn)的分子基礎(chǔ)可能是由于基因占據(jù)受損或DNA結(jié)合后。為解決這個(gè)問(wèn)題,作者研究了三個(gè)關(guān)鍵凋亡靶標(biāo)(Bbc3、Pmaip1和Bax)的ChIP-seq圖譜。在照射胸腺和脾臟中,三個(gè)基因都觀(guān)察到強(qiáng)大的p53峰值。在肝臟中,這三個(gè)基因的p53占據(jù)率也相似
圖4B:為了驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn),野生型p53小鼠體內(nèi)用另一種DNA損傷劑多柔比星處理,并對(duì)肝臟和脾臟組織進(jìn)行分析。進(jìn)行qRT-PCR檢測(cè)兩個(gè)共享靶標(biāo)Cdkn1a和Mdm2的mRNA水平,并與兩個(gè)凋亡靶標(biāo)Bbc3和Pmaip1進(jìn)行比較。與X-射線(xiàn)照射后的結(jié)果一致,多柔比星處理導(dǎo)致肝臟和脾臟中Cdkn1a和Mdm2的增加,而B(niǎo)bc3和Pmaip1僅在脾臟中被誘導(dǎo)。
圖4C:對(duì)相應(yīng)的肝臟和脾臟組織樣本進(jìn)行染色質(zhì)免疫沉淀。與X-射線(xiàn)的結(jié)果一樣,多柔比星處理后,在肝臟和脾臟的Cdkn1a、Bbc3和Mdm2基因的反應(yīng)元件上檢測(cè)到p53的占據(jù),Alb基因的一個(gè)區(qū)域被用作陰性對(duì)照

(5)肝臟p53靶基因表達(dá)缺陷有兩種機(jī)制

圖5:肝臟p53靶基因表達(dá)缺陷有兩種機(jī)制

 
圖5A:然后研究了80個(gè)胸腺和脾臟靶點(diǎn)中有多少具有類(lèi)似的特性,即它們也被p53占據(jù)但在肝臟中不被上調(diào)。
圖5B:與胸腺和脾臟相比,這些基因在肝臟中的占據(jù)率在統(tǒng)計(jì)學(xué)上更高。兩個(gè)代表性基因(Notch1, Ei24)的ChIP-seq圖譜顯示,p53在所有三個(gè)組織中都有很強(qiáng)的占據(jù)率。80個(gè)基因中有74個(gè)被肝臟p53占據(jù),其中所有與GO凋亡過(guò)程基因組重疊的基因都在這里被發(fā)現(xiàn)。這些峰值主要出現(xiàn)在上游區(qū)域。將這些峰中的p53 motif進(jìn)行比對(duì),發(fā)現(xiàn)它們與之前確定的p53共識(shí)有合理的匹配。
圖5C:其余6個(gè)基因在肝臟中沒(méi)有與之相關(guān)的穩(wěn)健的p53 ChIP峰。展示了ChIP-seq圖譜的兩個(gè)例子(Hgfac和Dcaf4)。在胸腺和脾臟中發(fā)現(xiàn)的這些峰值,但在肝臟中沒(méi)有發(fā)現(xiàn),這些峰也大多出現(xiàn)在基因體內(nèi)。這些峰中的p53 motif也與p53共識(shí)相似。

(6)p53的C末端阻止肝臟中p53細(xì)胞凋亡靶標(biāo)的上調(diào)
圖6:內(nèi)源性Trp53基因表達(dá)了一個(gè)缺少最后24個(gè)氨基酸的截短蛋白。對(duì)p53Δ24/-小鼠進(jìn)行X-射線(xiàn)處理并分析p53靶點(diǎn)的表達(dá)。與p53+/-小鼠相比,Δ24/-小鼠肝臟、胸腺和脾臟中某些p53靶點(diǎn)的表達(dá)進(jìn)行了檢測(cè)。
圖6A:CTD的缺失對(duì)胸腺/脾臟中共有靶點(diǎn)Cdkn1a和Mdm2或胸腺/脾臟特異靶點(diǎn)Bbc3、Pmaip1和Bax的基因表達(dá)沒(méi)有實(shí)質(zhì)性影響。相反缺失CTD后,肝臟中Cdkn1a、Bbc3、Pmaip1和Mdm2的誘導(dǎo)作用增強(qiáng),但Bax的誘導(dǎo)作用不增強(qiáng)。
圖6B:輻射后p53+/-肝臟中mRNA幾乎沒(méi)有變化的Bbc3,在p53Δ24/-肝臟中被輻射誘導(dǎo)。
圖6C:WB以確定CTD的缺失是否改變了p53蛋白的表達(dá)。多個(gè)蛋白定量證實(shí)不同組織的p53水平相當(dāng)。p53蛋白水平的誘導(dǎo)在不同組織和基因型中同樣相似。與p53Δ24/-肝臟中Bbc3 mRNA的誘導(dǎo)一致,Puma蛋白也被強(qiáng)有力地誘導(dǎo),并具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖6B和6C)。因此,CTD的缺失允許肝臟特異性上調(diào)凋亡靶標(biāo),特別是在輻射處理后的Bbc3。
 
(7)p53的C端阻止X射線(xiàn)誘導(dǎo)的肝臟凋亡
圖7:p53的C末端可防止X射線(xiàn)誘導(dǎo)的肝臟細(xì)胞凋亡,并確定肝臟特異性基因表達(dá)
圖7A:為觀(guān)察CTD缺失后觀(guān)察到的基因表達(dá)變化是否會(huì)影響X射線(xiàn)治療后的生物學(xué)結(jié)果,對(duì)p53+/-和p53Δ24/-小鼠的肝組織進(jìn)行了TUNEL檢測(cè)。顯微照片證實(shí)p53+/-肝臟在輻射前后幾乎沒(méi)有TUNEL陽(yáng)性。相反,p53Δ24/-肝臟顯示TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞增加。
圖7A右:對(duì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)中的此類(lèi)顯微照片進(jìn)行定量顯示增加了7倍,這與CTD缺失增強(qiáng)肝臟輻射敏感性的觀(guān)點(diǎn)一致。
圖7L/M:GSEA顯示,這兩組基因(CTD需要表達(dá)的基因和CTD抑制表達(dá)的基因)具有不同的生物學(xué)過(guò)程。

參考文獻(xiàn):
Resnick-Silverman L, Zhou R, Campbell MJ, Leibling I, Parsons R, Manfredi JJ. In vivo RNA-seq and ChIP-seq analyses show an obligatory role for the C terminus of p53 in conferring tissue-specific radiation sensitivity. Cell Rep. 2023 Mar 28;42(3):112216. pii: S2211-1247(23)00227-9. doi: 10.1016/j.celrep.2023.112216. PubMed PMID: 36924496.
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標(biāo)簽: RNA甲基化
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