代谢和组蛋白修饰共调控在砷暴露致学习记忆障碍中的作用机制研究
批准号:
22076179
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
黄清育
依托单位:
学科分类:
环境毒理与健康
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄清育
中文摘要
砷是环境中广泛存在的一种类金属污染物,其人群暴露对神经系统的影响已引起了人们的广泛关注。学习记忆能力是中枢神经系统功能的重要方面。研究表明,砷可影响学习记忆关键基因的表达,从而损害大脑学习记忆能力,但其影响基因表达的分子机制并不完全清楚。基于组蛋白修饰与学习记忆功能的密切关系,以及砷甲基化代谢和机体代谢对组蛋白修饰的调控作用,本项目拟针对儿童这一易感性群体,以幼年大鼠为研究对象,分析砷在脑组织中的代谢特征,以及砷暴露对皮质、海马的代谢和组蛋白甲基化/乙酰化修饰的影响,并在细胞水平上加以验证。希望证明砷可通过自身代谢及干扰脑组织代谢改变皮质、海马的组蛋白修饰水平,进而影响学习记忆相关基因表达,最终损害大脑学习记忆能力的毒理学假设。本项目研究结果有助于阐明“砷甲基化-脑组织代谢-组蛋白修饰”共调控在砷暴露致学习记忆障碍中的耦合作用机制,从表观遗传层面深入揭示砷诱导神经毒性的分子机理。
英文摘要
Arsenic is a kind of metalloid pollutant widespread in the environment, and the influence of its exposure on nervous system has raised great public concerns. Learning and memory are the important aspects of central nervous system function. Previous studies have shown that arsenic can affect the expression of key genes involved in learning and memory, thus impairing the ability of brain learning and memory. However, the molecular mechanism of its regulation on gene expression is still unclear. Based on the close relationship between histone modification and learning and memory function, and the regulation of arsenic methylation metabolism and body metabolism on histone modifications, by using the young rats as animal models, this project aims to analyze the metabolic characteristics of arsenic in brain tissue, and the effects of arsenic exposure on metabolism as well as histone methylation/acetylation status in rat cortex and hippocampus. The animal experimental results will be further verified on cell models. Through doing these, it is hoped to validate our toxicological hypothesis that arsenic can change the level of histone modification in cortex and hippocampus by self-methylation and disturbing brain metabolism, thereby affecting the expression of learning and memory-related genes, and ultimately leading to learning and memory dysfunction. The results of this project will help to elucidate the coupled role of "arsenic methylation-brain metabolism-histone modification" co-regulation in learning and memory impairment induced by arsenic exposure, and to deeply reveal the epigenetic mechanisms of arsenic-induced neurotoxicity.
砷(As)是环境中广泛存在的一种有毒类金属,其人群暴露对神经系统功能尤其是学习记忆能力具有显著的不良影响。然而,砷暴露影响学习记忆功能的分子机制仍未完全清楚。因此,本项目基于实验动物(大鼠)模型,主要研究了代谢和组蛋白修饰共调控在砷暴露导致学习记忆障碍中的作用机制,并探讨了父代砷暴露所致学习记忆损伤的跨代遗传效应及机制,最后联合利用微生物组学、蛋白质组学和代谢组学技术进一步研究了砷诱导神经系统毒性的分子机制。通过本研究,取得如下创新成果:.1. 砷通过自身甲基化代谢及影响海马中组蛋白甲基化和乙酰化相关的代谢物水平,抑制H3K4me1/2/3和H3K4ac,并增强H3K9me1/2/3,从而下调学习记忆相关基因Bdnf、c-Fos、mGlur1、Nmdar1、Gria2的表达,最终导致大鼠的学习记忆功能损伤。.2. 父代砷暴露所致学习记忆障碍具有跨代遗传效应(F2)而无代际遗传效应(F1)。机制方面,父代砷暴露通过抑制H3K4me2和激活H3K9me1/2/3,下调F2代子鼠海马中c-Fos、mGlur1和Nmdar1的表达,从而导致学习记忆障碍的跨代遗传。.3. 联合微生物组学、蛋白质组学和代谢组学研究发现,砷暴露导致大鼠肠道中4种关键菌(Blautia hansenii、Dorea formicigenerans、Roseburia intestinalis和 Lachnobacterium bovis)的丰度显著降低,进而通过调控肠道中的丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,降低天冬氨酸和赖氨酸的水平,从而影响花生四烯酸代谢,并经由血液循环干扰海马中的花生四烯酸代谢,最终导致大鼠学习记忆功能障碍。.本项目研究结果不仅可为揭示表观遗传(组蛋白修饰)调控在砷暴露诱导学习记忆障碍中的作用机制提供参考,还有望识别其毒作用靶点(肠道菌群、蛋白、代谢物)用于环境砷暴露所致神经毒性(疾病)风险评估,并提出可能的预防与干预措施。
基于肠道菌群—胆汁酸-FXR轴研究PFOA/HFPO-TA暴露致雄性生殖毒性的作用机制
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批准号:42577495
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项目类别:面上项目
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资助金额:49.00万元
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批准年份:2025
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负责人:黄清育
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依托单位:
表观遗传调控在PFCs干扰雄性生殖内分泌中的作用机制
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批准号:21677142
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2016
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负责人:黄清育
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依托单位:
砷暴露对精子组蛋白修饰的影响及其男(雄)性生殖毒性机制研究
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批准号:21307127
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2013
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负责人:黄清育
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依托单位:
国内基金
海外基金