NRF2调控铁死亡在β地中海贫血发生发展中的作用及分子机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31872800
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1107.营养与代谢生理学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

β-thalassemia is a monogenic lethal genetic disease resulting from the deficiency of β-globin gene. Ineffective hematopoiesis and long-term transfusion lead to excessive iron deposition in multiple organs, which in severe cases can cause severe organ failure or even death. Iron is necessary for life, but can also cause cell death. Accordingly, cells evolved a robust, tightly regulated suite of genes for maintaining iron homeostasis. Ferroptosis is a recently recognized and iron-dependent form of regulated cell death and NRF2 gene plays a key oxidative stress factor that regulates the gene transcription during cell metabolism. We recently demonstrated that nuclear factor erythroid-derived 2-like 2 (NRF2) plays a central role in protecting hepatocellular carcinoma (HCC) cells against ferroptosis. Genetic or pharmacologic inhibition of NRF2 expression/activity in HCC cells increased ferroptosis in vitro and in tumor xenograft models. These exciting findings raise several important questions regarding the previously unidentified role of NRF2 in ferroptosis.We previously demonstrated that NRF2 is also a novel iron death regulatory protein that inhibits iron death in erythroid precursors. In this proposal, our central hypothesis is that NRF2 inhibits ferroptosis in erythroid precursor cells which in turn limits development of β-thalassemia. To test this hypothesis, we will use transgenic animal, mediterranean anemia derived iPS cells as the main research materials to identify the role of NRF2 in ferroptosis by gene intervention, hematopoietic differentiation and allograft. We will exploit molecular, cellular, and animal models to pursue the following aims. Aim 1: Identify intracellular effectors responsible for NRF2 activity in ferroptosis. Aim 2. Identify extracellular effectors responsible for NRF2 activity in ferroptosis. Aim 3. Evaluate the efficacy of targeting NRF2 by drugs in the spontaneous murine model for β-thalassemia. Aim 4. Evaluate the efficacy of targeting NRF2 by knockout in the spontaneous murine model for β-thalassemia. The completion of these exciting studies will not only identify a potential strategy for β-thalassemia therapy, but also provide new perspectives on the mechanism of ferroptosis.
β地中海贫血(β地贫)是β珠蛋白基因缺陷导致的单基因致死性遗传病。由于其无效造血及长期输血会引起多脏器过度铁沉积,严重时引起器官功能衰竭甚至死亡。铁死亡是一种新发现铁依赖性的细胞死亡形式。NRF2是一种氧化应激表达的关键转录因子。申请者前期研究表明NRF2也是一种新型的铁死亡调节蛋白,且能够抑制红系前体细胞铁死亡。以此为基础,本人提出“NRF2抑制红系前体细胞铁死亡发生,从而影响β地贫发生和发展”的假说。针对此假说,本项目拟选用转基因动物、β地贫iPS疾病模型细胞为主要研究材料,采用基因干预、造血分化、异体移植等方法,在动物、细胞和分子水平,深入探讨NRF2通路调控铁死亡的分子机制,进而探索NRF2通路在β地贫发生发展中的作用,为铁死亡的研究开辟新的领域。本项目可望揭示NRF2在β地贫的作用机制,为寻找β地贫治疗药物和检测手段提供新的思路与实验线索,具有重要的科学意义和潜在的应用前景。

结项摘要

β-地中海贫血(简称β-地贫)是由于β-珠蛋白基因缺陷导致β-珠蛋白合成障碍导致的溶血性贫血。β-地贫无效造血和频繁输血导致过多的铁沉着于肝脏、心脏、胰腺等器官,从而引起严重器官损伤。铁死亡(Ferroptosis)是一种铁依赖性的,区别于细胞凋亡、细胞坏死、细胞自噬的新型细胞程序性死亡方式。本项目探讨了靶向铁死亡对β-地贫发生发展的作用及其分子机制。我们研究发现,NRF2杂合缺失未加重β-地贫小鼠的贫血表型;铁死亡诱导剂未加重β-地贫小鼠的贫血表型;铁死亡抑制剂(黄芩素)未缓解β-地贫小鼠的贫血表型,但缓解了β-地贫小鼠肝脏铁过载损伤。进一步研究,我们发现黄芩素可以逆转RSL3造成的肝细胞铁死亡,并能显著恢复β-地贫小鼠肝脏的铁离子含量、MDA和GSH水平。从机制上讲,黄芩素可能通过激活NRF2抗氧化途径和增加下游GPX4的表达,进而起到抗铁死亡从而保护肝细胞的作用。本课题证明了黄芩素对β-地贫模型小鼠肝脏铁过载损伤的保护作用,为治疗β-地贫肝脏铁过载提供一种潜在的候选药物。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Generation of induced pluripotent stem cell GZHMCi001-A and GZHMCi001-B derived from peripheral blood mononuclear cells of epileptic patients with KCNC1 mutation
源自 KCNC1 突变癫痫患者外周血单核细胞的诱导多能干细胞 GZHMCi001-A 和 GZHMCi001-B 的产生
  • DOI:
    10.1080/02670836.2016.1145852
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Stem Cell Research
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Liu Nengqing;Lu Dian;Xie Yingjun;Cheng Yi;He Lina;Chen Diyu;Yang Yinghong;Song Bing;Sun Xiaofang
  • 通讯作者:
    Sun Xiaofang
CRISPR/Cas9-mediated β-globin gene knockout in rabbits recapitulates human β-thalassemia
CRISPR/Cas9 介导的兔 β 珠蛋白基因敲除再现了人类 β 地中海贫血
  • DOI:
    10.1016/j.jbc.2021.100464
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    Yi Yang;Xiangjin Kang;Shiqi Hu;Bangzhu Chen;Yingjun Xie;Bing Song;Quanjun Zhang;Han Wu;Zhanhui Ou;Yexing Xian;Yong Fan;Xiaoping Li;Liangxue Lai;Xiaofang Sun
  • 通讯作者:
    Xiaofang Sun
Colchicine causes prenatal cell toxicity and increases tetraploid risk
秋水仙碱会导致产前细胞毒性并增加四倍体风险
  • DOI:
    10.1201/b19675-2
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    BMC Pharmacology and Toxicology
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Ding Wang;Yingjun Xie;Minyi Yan;Qianying Pan;Yi Liang;Xiaofang Sun
  • 通讯作者:
    Xiaofang Sun
Induction of Fetal Hemoglobin by Introducing Natural Hereditary Persistence of Fetal Hemoglobin Mutations in the γ-Globin Gene Promoters for Genome Editing Therapies for β-Thalassemia
通过在γ-珠蛋白基因启动子中引入胎儿血红蛋白突变的自然遗传持久性来诱导胎儿血红蛋白,用于β-地中海贫血的基因组编辑疗法
  • DOI:
    10.3389/fgene.2022.881937
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in Genetics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Dian Lu;Zhiliang Xu;Zhiyong Peng;Yinghong Yang;Bing Song;Zeyu Xiong;Zhirui Ma;Hongmei Guan;Bangzhu Chen;Yukio Nakamura;Juan Zeng;Nengqing Liu;Xiaofang Sun;Diyu Chen
  • 通讯作者:
    Diyu Chen
Generation of induced pluripotent stem cell GZHMCi002-A from peripheral blood mononuclear cells with APOB mutation
APOB突变的外周血单核细胞生成诱导多能干细胞GZHMCi002-A
  • DOI:
    10.1016/j.scr.2020.102054
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Stem Cell Research
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Song Bing;Liu Nengqing;Cheng Yi;Lu Dian;Chen Diyu;Xie Yingjun;He lina;Yang Yinghong;Guan Hongmei;Sun Xiaofang
  • 通讯作者:
    Sun Xiaofang

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    2018
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  • 通讯作者:
    李鹏

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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