Front Aging Neurosci:老药新用!AD细胞模型中氧化应激的调控机制
2023-01-29 brainnew神内神外 brainnew神内神外 发表于安徽省
5-Aza通过DNA去甲基化上调Nrf2表达,改善氧化应激
氧化应激(自由基和抗氧化剂系统之间的失衡)在阿尔茨海默氏病(AD)的发生和发展中起着重要作用。Nuclear factor erythroid 2-related factor 2(Nrf2)是中枢神经系统中抗氧化应激的重要转录因子,Nrf2的核易位能够促进多种抗氧化剂基因的表达,例如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、血红素加氧酶-1(HO-1)和NAD(P)H等。先前的研究已经观察到AD中Nrf2的表达降低。本研究利用DNA甲基转移酶(Dnmts)抑制剂5-Aza探讨Nrf2的表达是否受DNA甲基化的调节,以及通过DNA去甲基化对Nrf2的上调是否会促进Nrf2的核易位及其下游基因NQO1的表达。
本研究利用以氧化应激损伤为特征的AD细胞模型—N2a / APPswe细胞系,证明了5-Aza处理可导致Nrf2基因的mRNA和蛋白质表达增加。
图1. 5-Aza上调Nrf2 mRNA和蛋白水平
CpG二核苷酸在嘧啶环的5'位点甲基化形成5-甲基胞嘧啶(5-mC),破坏细胞转录机制并导致基因沉默。反之,DNA低甲基化与基因表达的上调相关。
本研究表明,在未处理的N2a / APPswe细胞中,观察到较低的Nrf2水平和Nrf2启动子的前五个CpG位点的高甲基化,表明该甲基化与Nrf2基因低表达密切相关。
图2. 5-Aza处理使前五个CpG位点特异性去甲基化
DNA甲基转移酶(Dnmts)抑制剂5-Aza是第一种由食品和药物管理局(FDA)批准用于治疗骨髓增生异常综合症(MDS)的表观遗传药物,可以通过下调Dnmts或抑制Dnmts酶的活性来使DNA去甲基化,促进基因正常表达。
为了探讨5-Aza是否可以重新激活N2a / APPswe细胞中Nrf2基因的表达,该研究以不同剂量5-Aza(3μM和5μM)进行干预,结果表明5-Aza处理可特异性降低N2a / APPswe细胞中Dnmt1,Dnmt3a和Dnmt3b的表达;通过亚硫酸氢盐测序,发现在5-Aza处理组中同样位点的甲基化减少(98%对78%)。作者提出,5-Aza是通过抑制N2a / APPswe细胞中的Dnmts表达来影响Nrf2的表达。
在AD细胞模型中观察到Nrf2不能顺利转移入核内,或在核内表现出了低反应性。经5-Aza处理的N2a / APPswe细胞比溶剂对照组显示出更高的核内荧光反应,结合Nrf2核蛋白(N-Nrf2)定量结果,说明DNA去甲基化能增加Nrf2 mRNA和蛋白质水平,并促进Nrf2的核易位。
图3. 5-Aza处理促进Nrf2在细胞中的核易位
NQO1是Nrf2的目标基因之一,作为一种抗氧化酶,它通过减少各种醌类和防止活性氧的积累维持细胞氧化还原平衡。本研究发现5-Aza可以增加Nrf2下游基因NQO1的mRNA和蛋白表达水平,这与Nrf2在N2a / APPswe细胞中的总表达和核转运增加有关。
图4. 5-Aza增加了NQO1的mRNA和蛋白质表达水平
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