∆113p53/∆133p53特异性促进编码区中的DNA双链断裂进行同源重组修复的分子机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31871500
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1204.组织器官发育及体外构建
  • 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

Induced Pluripotent Stem cells (iPSCs) have great potential in regenerative medicine, but this depends on the integrity of their genomes. A number of studies have shown that the reprogramming process can induce genetic abnormalities in human iPSCs. The most possible reason for generation of genetic variants in iPSCs is that early reprogramming of iPSCs generates DNA double-stand breaks (DSBs). DNA DSBs are the most catastrophic forms of genotoxic insult a cell can encounter. Improper repair of such damage results in genomic instability which predisposes an organism to immunodeficiency, neurological damage and cancer. As such, organisms have evolved three efficient systems to repair such damage. They are Homologous Recombination (HR), Non-Homologous End Joining (NHEJ) and Single Strand Annealing (SSA) pathways. While NHEJ and SSA promote the potentially inaccurate relegation of DSBs, HR precisely restores the genomic sequence of the broken DNA ends by utilizing sister chromatids as template for repair..A central part of the DNA damage response is the activation of the tumour repressor p53 resulting in cell cycle arrest, DNA damage repair, apoptosis, or senescense to provide genome stability. p53 has been reported to inhibit DNA double-strand break (DSB) repair pathways. However, Δ133p53, an N-terminal truncated isoform of p53, a p53 target gene, not only functions to inhibit p53 apoptotic activity, but also promotes DNA DSB repair pathways to protect cells from death and DNA damages upon DNA DSBs..p53 plays a dual role in iPSC reprogramming. The DNA damage response in early reprogramming activates p53. The activated p53 prevents the reprogramming of cells carrying various types of DNA damage by promoting apoptosis and senescence of these cells. Although the knockdown of p53 allows high reprogramming efficiency, the generated iPSCs have a high risk of carrying DNA aberrations. .Our recent study demonstrates that Δ133p53 is also induced in iPSC reprogramming. The expression of Δ133p53 during reprogramming not only increases reprogramming efficiency by its anti-apoptotic activity, but also reduces the chromosomal aberrations by promoting DNA DSB repair. To further investigate whether the overexpression of Δ133p53 can improve the genetic quality of the resultant iPSCs, a whole-genome sequencing approach was applied. A total of ten independent reprogrammed iPSC clones at passage four (including 5 iPSC lines induced by 4 Yamanaka factors and five iPSC lines induced by the co-expression of 4 Yamanaka factors and Δ133p53) and the parental CDD-1079sk cell line have been subjected to whole-genome sequencing with an Illumina Hiseq Xten sequencer. When compared to the human reference genome sequence (hg19), we identified approximately 3.0-4.2 million Single nucleotide variants (SNVs including SNPs and Indels) in each of the iPSC lines as well as in their parental CDD-1079sk cells. The total and de novo SNVs were only slightly decreased in the iPSCs with overexpression of Δ133p53, compared to the iPSCs induced with Yamanaka 4 factors only. Strikingly, the total and de novo SNVs in coding region were significantly reduced by the expression of Δ133p53. .Single SNV in coding regions may lead complete loss of function in the encoded protein. However, the chance for SNVs in non-coding regions to completely change the gene function is not as high as those in coding regions. Thus, it raises an important scientific question: does Δ133p53 promote cell to preferentially repair DNA DSBs in coding region with HR pathway? The aims of this project are as follow: .1. To determine whether HR pathway is encoded for preferentially repairing DNA DSBs in coding region; .2. To explore the molecular mechanisms for Δ133p53 to specifically reduce the SNVs in coding region of iPSCs;.3. At organism level, to investigate the roles of Δ113p53 and genes related for recruitment of HR to coding region on zebrafish genetic stability.
体外重编程会造成DNA双链断裂,因此诱导型多功能干细胞(iPSC)的基因组中会发生高频率的简单核苷酸变异(SNVs)。我们前期发现重编程可激活Δ133p53表达,Δ133p53通过抑制细胞凋亡来提高重编程频率,同时又可以通过促进DNA双链断裂修复来维持遗传稳定性。近期我们将过表达Δ133p53所获得的iPSC克隆进行全基因组测序意外发现,Δ133p53特异性显著降低全基因组的编码区SNVs。鉴于编码区的重要性,那么体内是否存在着编码区DNA双链断裂优先采用同源重组修复(HR)呢?此研究将阐明:.1. 编码区和非编码区DNA双链断裂是否存在着HR修复的差异;.2. ∆133p53特异性降低iPSC编码区SNVs的分子机制;.3. 有机体水平上,探讨斑马鱼∆113p53以及参与选择性修复的基因在维持编码区稳定性中的作用。

结项摘要

DNA双链断裂(DSB)修复主要有两种途径:1)同源重组修复(HR),以未断裂的正确拷贝为模板进行重组修复,是完全正确修复方式;2)非同源末端连接修复(NHEJ),简单的将断裂的地方连接起来。如果断裂的地方发生核苷酸丢失,那么NHEJ修复通常会带来突变。体外重编程会造成DNA双链断裂(DSB),因此诱导型多功能干细胞(iPSC)的基因组中会发生高频率的基因变异。我们前期发现在细胞重编程过程中,Δ133p53会激活表达,促进DNA双链断裂修复,减少iPSC中染色体畸变的频率。.在此项目中,我们首先通过全基因组测序比较5个过表达Δ133p53 iPSC克隆和5个对照组iPSC克隆的基因组新增突变频率,发现Δ133p53没有显著减少全基因组新增突变频率,但是特异性减少全基因组外显子新增突变的发生频率。并且不论是在亲本细胞中还是iPSC中编码区的突变频率都显著低于内含子以及其它非编码区域。鉴于外显子及编码区的重要性,并且现已有研究证明基因组外显子和内含子以及其它非编码区的组蛋白修饰是有差异的,如H3K36me3更多的标记于外显子,此外参与和识别此种修饰的基因如PSIP1都在HR修复中起作用。我们提出外显子DNA双链断裂优先采用同源重组修复(HR)的假设。.利用细胞系和斑马鱼为实验体系,我们在此项目中继续证明此种假设。具体结果如下:1. 证明Δ133p53可以促进PSIP1(编码H3K36me3识别蛋白)的转录;2. 采用CRISPR/dCas9定点成像和CRISPR/Cpf1定点切割双基因编辑体系,结合RAD51和53BP1免疫荧光,成功地构建了一个可视化定点检测DNA双链断裂修复途径体系;3.根据H3K36me3修饰,计算损伤位点HR/NHEJ的比例,结果证明,H3K36me3修饰水平高的DNA区域双链断裂倾向于选择HR修复,证明外显子优先选择同源重组修复的假设;4.证明PSIP1是DNA双链断裂选择性进行HR修复所必需的;5. 成功构建斑马鱼psip1a和psip1b单、双突变体,尽管突变体能够正常存活和繁殖,但这些突变体对DNA双链断裂胁迫更加敏感。突变体全基因组测序已经完成,数据在分析中。.该项研究首次揭示编码区DNA双链断裂会优先选择HR修复,对于与DNA损伤修复相关疾病的认识有很重要的意义。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
p53 Protects Cells from Death at the Heatstroke Threshold Temperature
p53 保护细胞在中暑阈值温度下免于死亡。
  • DOI:
    10.1016/j.celrep.2019.11.032
  • 发表时间:
    2019-12-10
  • 期刊:
    CELL REPORTS
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Gong, Lu;Zhang, Qinghe;Chen, Jun
  • 通讯作者:
    Chen, Jun
Loss-of-function of p53 isoform Δ113p53 accelerates brain aging in zebrafish.
p53亚型α113p53的功能丧失会加速斑马鱼的大脑衰老。
  • DOI:
    10.1038/s41419-021-03438-9
  • 发表时间:
    2021-02-04
  • 期刊:
    Cell death & disease
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Zhao T;Ye S;Tang Z;Guo L;Ma Z;Zhang Y;Yang C;Peng J;Chen J
  • 通讯作者:
    Chen J
p53 isoform Delta 113p53 promotes zebrafish heart regeneration by maintaining redox homeostasis
p53 异构体 Delta 113p53 通过维持氧化还原稳态促进斑马鱼心脏再生
  • DOI:
    10.1038/s41419-020-02781-7
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Cell Death & Disease
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Ye Shengfan;Zhao Ting;Zhang Wei;Tang Zimu;Gao Ce;Ma Zhipeng;Xiong Jing-Wei;Peng Jinrong;Tan Wei-Qiang;Chen Jun
  • 通讯作者:
    Chen Jun
无义突变与“遗传补偿效应”
  • DOI:
    10.16288/j.yczz.19-101
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    遗传
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马志鹏;陈军
  • 通讯作者:
    陈军
p53 and its isoforms in DNA double-stranded break repair.
DNA 双链断裂修复中的 p53 及其亚型。
  • DOI:
    10.1631/jzus.b1900167
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    J Zhejiang Univ Sci B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang Yu-Xi;Pan Wen-Ya;Chen Jun
  • 通讯作者:
    Chen Jun

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其他文献

经皮穴位电刺激对体外受精-胚胎移植患者脑源性神经营养因子含量及辅助生殖结局的影响
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    薛颂
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    10.16461/j.cnki.1000-4734.2022.42.106
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    矿物学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    吉彦冰;杜丽娟;黄智龙;陈军;李波;李鑫正;刘林林;杨再风
  • 通讯作者:
    杨再风
Energy-tunable photon-enhanced thermal tunneling electrons for intrinsic adaptive full spectrum solar energy conversion
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    陈毅聪;邓少芝;许宁生;陈军
  • 通讯作者:
    陈军
激光成丝不稳定性并行数值模拟研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高技术通讯
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈军;莫则尧;李斌;郑春阳
  • 通讯作者:
    郑春阳

其他文献

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陈军的其他基金

适应性渐滲对栎属多样性的影响及其遗传机制的探索
  • 批准号:
    32371689
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去唾液酸糖蛋白受体1(ASGR1)通过Nemo样激酶(NLK)抑制STAT3磷酸化影响肝癌增殖的作用及机制研究
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delta113p53特异性拮抗p53介导的细胞凋亡分子机理研究
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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