近日，中科院劉思金研究組在納米材料誘導(dǎo)細(xì)胞DNA甲基化修飾改變與表觀遺傳毒性方面取得新進(jìn)展。從表觀遺傳學(xué)角度深入探討了納米材料暴露后通過改變DNA甲基化水平而引發(fā)細(xì)胞損傷的分子機(jī)制，對揭示納米材料的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)提供了重要的科學(xué)依據(jù)。
由于納米材料獨(dú)特的理化性質(zhì)，對其進(jìn)行毒性檢測和安全性評價(jià)時(shí)，傳統(tǒng)的毒理學(xué)檢測方法與手段往往并不完全適用。尤其是在納米材料低劑量暴露下（如環(huán)境暴露條件下），沒有顯著的氧化應(yīng)激損傷時(shí)，一些非直接毒性效應(yīng)如次級毒性反應(yīng)和代償損傷效應(yīng)往往被忽視。在表觀遺傳信息的維護(hù)與傳遞中，DNA甲基化是重要的載體。在內(nèi)外源性刺激下，DNA甲基化水平可發(fā)生快速變化以改變細(xì)胞的應(yīng)激和代謝狀態(tài)，因此DNA甲基化水平改變被視為細(xì)胞/機(jī)體響應(yīng)內(nèi)外源性刺激的敏感的早期指標(biāo)。目前，對于納米材料暴露導(dǎo)致DNA甲基化水平改變的變化規(guī)律和相關(guān)機(jī)制等方面存在諸多未知。
圖1 納米材料誘導(dǎo)細(xì)胞DNA甲基化修飾改變與表觀遺傳毒性的機(jī)制示意圖
該研究組通過多種DNA甲基化檢測和測序手段揭示了不同納米材料在低劑量暴露下對全基因組DNA甲基化水平的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)納米銀和氧化石墨烯增加基因組甲基化胞嘧啶（5-mC）含量，而相比之下納米金、碳納米管、納米二氧化鈦和納米氧化鋅的效應(yīng)并不明顯。高通量的全基因組甲基化測序（MeDIP-seq）、基因歸類分析和相關(guān)的細(xì)胞毒性與生理功能評價(jià)顯示，納米銀和氧化石墨烯引起的DNA甲基化改變可導(dǎo)致多種代謝過程和信號通路的異常，特別是細(xì)胞膜相關(guān)蛋白與膜骨架蛋白、能量代謝和離子通道蛋白等。這些變化導(dǎo)致細(xì)胞出現(xiàn)常規(guī)毒性檢測方法無法檢測出來的損傷效應(yīng)及適應(yīng)性與代償性效應(yīng)。
這項(xiàng)研究工作從表觀遺傳學(xué)角度深入探討了納米材料暴露后通過改變DNA甲基化水平而引發(fā)細(xì)胞損傷的分子機(jī)制，對揭示納米材料的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)提供了重要的科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，該研究提示，作為傳統(tǒng)毒性評價(jià)方法的補(bǔ)充，DNA甲基化變化所介導(dǎo)的細(xì)胞生理與代謝改變可用作敏感的早期檢測指標(biāo)，為納米材料的安全性評估提供新的思路。
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