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ATM-AMPK通过诱导自噬增强同源重组活性修复受精卵氧化应激性DNA双链断裂的机制研究

批准号:
82101739
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
贺佩
依托单位:
学科分类:
早期胚胎发育
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
贺佩

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
DNA损伤修复对于维持胚胎/子代基因组完整性及胚胎的正常发育至关重要。自噬在DNA修复和维持基因组稳定性方面起重要作用,但在体外培养的氧化应激导致DNA双链断裂(DSB)损伤受精卵中,自噬是否影响DSB修复还不清楚。我们前期在氧化应激性DSB损伤受精卵中检测到自噬水平增加,ATM和AMPK激活,分别抑制自噬水平、ATM和AMPK的激活,DSB损伤都明显加重,提示自噬、ATM和AMPK参与了DSB修复。鉴于同源重组(HR)途径能精准修复DSB损伤,我们假设,DNA损伤通过ATM-AMPK通路诱导激活自噬,进而通过增强HR活性促进DSB的修复,以维持氧化应激状态下受精卵基因组的稳定性。我们将通过建立DSB损伤受精卵模型来研究自噬对HR活性的影响和DSB的作用,及影响DSB修复的自噬形成的ATM-AMPK分子机制。本项目为了解受精卵DNA修复调控机制,及自噬对受精卵DNA修复的作用提供理论依据。
英文摘要
DNA damage repair is essential for maintaining the integrity of the embryo or offspring's genome and the normal development of the embryo. Autophagy plays an important role in repairing DNA damage and maintaining the stability of the genome, however, it is not clear whether autophagy affects the repair of DNA double-strand break (DSB) damage caused by oxidative stress in fertilized eggs cultured in vitro. We detected an increase in autophagy levels in oxidative stress-induced DSB-damaged fertilized eggs, and ATM and AMPK were activated. After inhibiting autophagy levels and activation of ATM and AMPK respectively, DSB damage was significantly aggravated, suggesting autophagy, ATM and AMPK involved in DSB repair. Homologous recombination (HR) pathway can accurately repair DSB damage. We hypothesize that DNA damage induces the activation of autophagy through the ATM-AMPK pathway, and then promotes the repair of DSB by enhancing HR activity to maintain the stability of the fertilized egg genome under oxidative stress. We will establish a DSB-damaged fertilized egg model to study the effect of autophagy on the HR activity and the role of DSB, as well as the molecular mechanism of ATM-AMPK inducing autophagy that affects DSB repair. This project provides a theoretical basis for understanding the regulatory mechanism of the DNA repair, and the effect of autophagy on DNA repair of fertilized eggs.
随着不孕症发生率的升高,辅助生殖技术已经成为常规治疗手段。胚胎体外培养是辅助生殖技术的重要环节,虽然已经在尽量模拟体内环境,但仍因为操作的特殊性可能引起活性氧的升高,使胚胎出现DNA损伤。DNA双链断裂损伤(DSB)是最为严重的DNA损伤类型,能够导致胚胎染色体非整倍体产生,胚胎发育出现阻滞和异常,是影响辅助生殖技术治疗结局的重要因素。同源重组(HR)修复能够精准修复DSB损伤,对于植入前胚胎的发育具有重要意义。. 在本研究中,我们首先研究了低浓度的H2O2处理对小鼠受精卵的影响。H2O2处理后的受精卵中出现了活性氧的升高,线粒体膜电位的下降和DNA双链断裂损伤,氧化应激胚胎囊胚凋亡率也显著升高,表明氧化应激DNA损伤的胚胎模型建立成功。随后我们发现氧化应激导致了自噬活性的增强,ATM和AMPK的激活,且AMPK的激活受到ATM的调控。此外,我们研究了ATM-AMPK与自噬活性的关系,发现在氧化应激状态小鼠受精卵中,ATM-AMPK诱导了自噬活性的增强。在此基础上,我们还探索了自噬对DNA损伤修复的作用,发现自噬能够显著促进同源重组修复因子RAD51,RARP1和BRCA1的表达,降低DNA双链断裂损伤γH2AX的表达,表明自噬能够促进受精卵的同源重组修复,减轻DNA双链断裂损伤;分别敲低ATM和AMPK都能显著降低自噬水平,并减少RAD51,RARP1和BRCA1的表达,增强γH2AX的表达。这说明在氧化应激状态受精卵中,ATM-AMPK通过诱导自噬促进了氧化应激状态小鼠受精卵中的同源重组修复,减轻了DNA双链断裂损伤。. 总之,本研究以氧化应激DNA损伤的早期受精卵为模型,研究自噬对DNA双链断裂损伤的影响,并研究了在氧化应激状态下自噬诱导激活的机制,这将为辅助生殖技术的临床应用和理论提供依据和参考。
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