一個新的低氧應激反應基因NDRG2的確定及其功能的初步研究.pdf

1、人源NDRG2(又名SYLD或KIAA1248)是我室在1999年利用基于PCR的消減雜交技術進行神經(jīng)膠質(zhì)瘤與正常腦組織的基因表達差異研究時發(fā)現(xiàn)的一個低表達的新基因[GenBank登錄號AF159092][1]，其mRNA全長為2024bp,編碼一個含有357個氨基酸殘基、分子量約41kDa的功能未知蛋白。該基因染色體定位在14q11.2，含有16個外顯子，15個內(nèi)含子。由于該基因在氨基酸序列上與已發(fā)現(xiàn)的N-myc下游基因NDRG1(N

2、-mycdown-streamregulatedgene1)具有較高的同源性，將其命名為NDRG2。該基因在成人骨骼肌、腦和心肌中高表達，而在其他組織中低表達或不表達[2]。國內(nèi)外其他實驗室也相繼報道了該基因。近些年來對NDRG2基因進行了大量的研究，但其功能到現(xiàn)在仍然沒有明確。為了深入探索該基因的功能，我們利用PSA，Superfamily和3D-PSSM[3-4]等軟件分別從Ndrg2蛋白的二級結(jié)構(gòu)，空間構(gòu)象和折疊分類等方面進行預測

3、，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ndrg2在結(jié)構(gòu)上(19-298位氨基酸)與α/β水解酶類蛋白具有高度的同源性，而α/β水解酶家族包括多種細胞抗氧化應激反應的酶類[5]，提示該基因可能參與氧化應激。通過對NDRG2啟動子區(qū)進行相關軟件的分析，我們找到了三個可能的HRE(HypoxiaReactionElement)位點。另外，Ndrg2與Ndrg1有很高的同源性，而Ndrg1與細胞的低氧應激反應相關，推測Ndrg2可能也參與了低氧應激反應。為了驗證上述推測，

4、我們以A549細胞系為研究對象，給予該細胞低氧及其模擬類似物(CoCl2、NiCl2)刺激，通過半定量RT-PCR和Western-Blot方法檢測，觀察到NDRG2隨刺激時間的延長在mRNA水平和蛋白質(zhì)水平均逐漸升高。另外，為了避免細胞特異性的存在，我們又選取HepG2和SkBR-3兩株細胞系，觀察到了同樣的現(xiàn)象。初步的實驗結(jié)果顯示Ndrg2與低氧應激存在一定的聯(lián)系。在低氧應激反應過程中，HIF-1分子作為最主要的應激反應分子和轉(zhuǎn)錄因

5、子，調(diào)控著其下游許多低氧應激反應相關基因的表達(如VEGF和EPO等)。受HIF-1分子調(diào)控的基因其啟動子區(qū)或增強子區(qū)普遍存在一個或數(shù)個低氧反應元件HRE，我們通過生物信息學分析在NDRG2的啟動子區(qū)找到了3個可能的HRE位點，這些HRE位點的存在，使我們進一步推測NDRG2基因在低氧刺激后表達水平的升高，可能是受HIF-1分子調(diào)控的。我們將外源的HIF-1a分子轉(zhuǎn)染入A549細胞系，發(fā)現(xiàn)隨著外源HIF-1a分子表達水平的升高，Ndrg

6、2的表達水平也逐漸升高；同時我們又構(gòu)建了HIF-1a分子的干涉載體，封閉HIF-1a分子后，再給予低氧刺激，Ndrg2的誘導升高水平明顯降低；為了尋找NDRG2基因啟動子區(qū)的功能性HRE位點，圍繞3個可能的HRE位點我們構(gòu)建了一系列的突變體，通過雙熒光素酶報告系統(tǒng)檢測，我們發(fā)現(xiàn)3個HRE位點在HIF-1調(diào)控NDRG2表達水平升高的過程中均發(fā)揮著一定的作用。另外，在實驗過程中，我們又發(fā)現(xiàn)了一個非常有意義的現(xiàn)象：當細胞處于靜息狀態(tài)沒有任何刺

7、激時，Ndrg2表達量低且主要定位于細胞質(zhì)中；當給予細胞低氧刺激后，Ndrg2的表達量逐漸升高同時可觀察到其轉(zhuǎn)位入細胞核。Ndrg2低氧刺激前后轉(zhuǎn)位現(xiàn)象的發(fā)生，對其功能的研究具有重要的提示作用。明確了Ndrg2參與低氧應激反應的這一事實，但該基因在這一過程中具體發(fā)揮著什么樣的作用又成為我們關注的重點。我們構(gòu)建了三個NDRG2的干涉載體，篩選出干涉效果最好的進行穩(wěn)定轉(zhuǎn)染，獲得了1個穩(wěn)轉(zhuǎn)細胞株。通過MTT和FCM檢測，觀察到在低氧刺激條件下

8、，干涉NDRG2基因的細胞其周期發(fā)生明顯的阻滯，細胞的生長明顯變慢。提示Ndrg2在低氧應激反應過程中具有促進細胞周期進行，維持細胞基本正常生理功能，最終對處于低氧狀態(tài)的細胞起到一定保護作用。綜上所述，我們首次提出了NDRG2參與低氧應激反應的假設，并通過實驗證實了這一推測。進一步提出并證明NDRG2受HIF-1分子調(diào)控，參與低氧應激反應的分子基礎。發(fā)現(xiàn)Ndrg2分子低氧刺激前后的核轉(zhuǎn)位現(xiàn)象，為深入研究其功能提供了重要的線索。通過RNA