Chronic irradiation of human cells reduces histone levels and deregulates gene expression

doi:10.1038/s41598-020-59163-4

.2020年2月10日；10(1):2200.

doi:10.1038/s41598-020-59163-4。

人类细胞的慢性照射降低组蛋白水平并解除基因表达调控

唐娜·J·洛^1 2, 马雷克·赫尔佐格^三, 托尔斯滕·莫斯勒⁴, 霍华德·科恩⁵, 莎拉·费尔顿⁶, 佩特拉·贝利⁴, 肯·拉吉⁷, Yaron Galanty公司⁸, 史蒂芬·P·杰克逊⁹

附属公司

¹英国牛津郡迪德科特奇尔顿辐射、化学和环境危害中心辐射影响部。Donna.Lowe@phe.gov.uk。
²Wellcome/英国癌症研究所，英国剑桥大学生物化学系，英国剑桥CB2 1QN。Donna.Lowe@phe.gov.uk。
^三Wellcome/英国癌症研究所，英国剑桥大学生物化学系，英国剑桥CB2 1QN。
⁴德国美因茨分子生物学研究所（IMB），55128。
⁵英国萨里郡沃林厄姆，CR6 9LF，Elizabeth House Surgery。
⁶英国牛津丘吉尔医院皮肤科，OX3 7LJ。
⁷英国牛津郡迪德科特奇尔顿辐射、化学和环境危害中心辐射影响部，OX11 0RQ。
⁸Wellcome/英国癌症研究所，英国剑桥大学生物化学系，英国剑桥CB2 1QN。y.galanty@gurdon.cam.ac.uk。
⁹Wellcome/英国癌症研究所，英国剑桥大学生物化学系，英国剑桥CB2 1QN。s.jackson@gurdon.cam.ac.uk。

PMID： 32042076
预防性维修识别码： PMC7010678号
内政部： 10.1038/s41598-020-59163-4

人类细胞的慢性照射降低组蛋白水平并解除基因表达调控

唐娜·J·洛等。科学代表. 2020.

.2020年2月10日；10(1):2200.

doi:10.1038/s41598-020-59163-4。

作者

唐娜·J·洛^1 2, 马雷克赫尔佐格^三, 托尔斯滕·莫斯勒⁴, 霍华德·科恩⁵, 莎拉·费尔顿⁶, 佩特拉·贝利⁴, 肯·拉吉⁷, Yaron Galanty公司⁸, 史蒂芬·P·杰克逊⁹

附属公司

¹英国牛津郡迪德科特奇尔顿辐射、化学和环境危害中心辐射影响部，OX11 0RQ。Donna.Lowe@phe.gov.uk。
²英国剑桥大学古尔登研究所和生物化学系，英国剑桥大学，CB2 1QN。Donna.Lowe@phe.gov.uk。
^三Wellcome/英国癌症研究所，英国剑桥大学生物化学系，英国剑桥CB2 1QN。
⁴德国美因茨分子生物学研究所（IMB），55128。
⁵英国萨里郡沃林厄姆，CR6 9LF，Elizabeth House Surgery。
⁶英国牛津丘吉尔医院皮肤科，OX3 7LJ。
⁷英国牛津郡迪德科特奇尔顿辐射、化学和环境危害中心辐射影响部，OX11 0RQ。
⁸Wellcome/英国癌症研究所，英国剑桥大学生物化学系，英国剑桥CB2 1QN。y.galanty@gurdon.cam.ac.uk。
⁹Wellcome/英国癌症研究所，英国剑桥大学生物化学系，英国剑桥CB2 1QN。s.jackson@gurdon.cam.ac.uk。

PMID： 32042076
预防性维修识别码： PMC7010678号
内政部： 10.1038/s41598-020-59163-4

摘要

在过去的几十年里，在理解细胞对电离辐射（IR）和DNA损伤的反应方面取得了巨大进展。然而，这些研究大多是使用单次或多次急性剂量的辐射对细胞系和小鼠进行的。因此，尽管我们的细胞经常暴露在低剂量的电离辐射下，但人们对持续暴露于低剂量电离辐射对正常细胞和生物体的影响知之甚少。我们通过研究将人类原代细胞暴露在以6-20 mGy/h的速度连续电离γ辐射下的后果来解决这个问题。尽管估计这些剂量率每小时每个细胞造成的DNA双链断裂（DSB）少于一个，它们仍然导致细胞增殖的剂量依赖性减少和细胞衰老的增加。我们同时观察到组蛋白水平降低了40%，与之前的观察相比，这主要不是由于蛋白质降解，而是与组蛋白基因表达降低相关。组蛋白减少伴随着核大小的增大，同时伴随着全球转录的增加，包括促炎基因的转录。因此，即使在低剂量率下，慢性照射也可以通过迄今为止尚未形成特征的表观遗传途径诱导细胞衰老和改变基因表达。慢性辐射的这些特征代表了辐射生物学的一个新的方面。

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作者声明没有相互竞争的利益。

数字

图1
慢性低剂量γ辐射延缓细胞生长并诱导细胞对DNA损伤的反应。(一)用于慢性γ辐射照射的剂量率、7天内的相应累积剂量和基于1的DSB估算 Gy在人类细胞中产生40个DSB（Olive，1998）。(b条)通过免疫荧光染色对慢性辐射暴露7天的原代成纤维细胞中的53BP1病灶进行DSB定量（每种情况下测量的细胞数>200，显示为蓝色圆圈）。每个细胞的平均焦点数用十字表示，Tukey分析用方框表示。(**c（c）**)暴露于不同剂量率的慢性γ射线下的成纤维细胞增殖率，数据显示为一个供体的三次测量。(d日)慢性辐射诱导的成纤维细胞凋亡检测到caspase 3裂解产生的发光作为细胞凋亡的阳性标记物。Staurosprine处理的细胞作为阳性对照。(**e（电子）**)通过GalactoLight法测定在规定剂量率下慢性照射7天后衰老相关β-半乳糖苷酶活性，测定慢性照射对原代成纤维细胞衰老的诱导作用。该图显示了以任意发光单位（a.u.）测量的相同数量细胞群体的总活性。

图2
慢性γ辐射降低组蛋白水平。(一)不同剂量率慢性γ射线照射7天后，原代成纤维细胞组蛋白H2AX和γH2AX的Western blot分析。单次急性剂量为4 Gy X光片作为对照。(b）慢性γ射线照射对来自不同供体的三种不同等基因原代细胞类型H2AX水平的影响(一)以与中相同的剂量率(一). (**c（c）**)慢性照射的原代成纤维细胞中其他组蛋白的免疫印迹。(d日)通过SILAC LC-MS/MS蛋白质分析，对暴露于或模拟暴露于慢性γ射线7天的原代成纤维细胞样品检测到所有显著的组蛋白水平变化。

图3
衰老细胞组蛋白水平降低*在体外*通过不同的方式，以及体内来自老年捐赠者。(一)慢性γ射线照射诱导原代成纤维细胞衰老、癌基因过度表达或彻底复制（复制性衰老）以及单个急性4 早期时间点的Gy X射线剂量（1 小时），以控制DNA损伤而不衰老。比例尺200 微米。(b条)成纤维细胞中组蛋白的蛋白质免疫印迹分析(一). (**c（c）**)从新生儿（0岁，供体a和b）和成人供体分离的真皮成纤维细胞中的组蛋白水平。

图4
慢性γ辐射诱导组蛋白减少需要p53而不是ATM。(一)野生型组蛋白的蛋白质印迹，*TP53型*^−/−和*自动取款机*^−/−暴露于20 mGy/h慢性辐射7天后的RPE-1细胞。(b条)如S1981上的自身磷酸化所示，ATM激活是对原代成纤维细胞中的慢性辐射的反应。

图5
慢性照射细胞组蛋白水平的降低主要是通过转录降低而非蛋白质降解来实现的。(一)慢性辐射7天对成纤维细胞蛋白质降解能力的抑制作用。蛋白酶体抑制（5 用于24小时的µM MG132 h）或溶酶体自噬抑制（10 24μM氯喹 h）成纤维细胞暴露于慢性γ射线7天。(b条)20 mGy/h慢性γ射线照射7天后，原代成纤维细胞RNA-seq分析中组蛋白基因转录物的差异表达 < 0.01. (**c（c）**)用qRT-PCR测定成纤维细胞在相同辐射条件下暴露7天后核心组蛋白水平的变化(b条).

图6
慢性γ辐射增加核大小和全球RNA合成。(一)成纤维细胞细胞核暴露于慢性γ射线照射7天，用DAPI染色。所有图像均在类似条件下通过10X物镜荧光显微镜获得，并通过自动软件检测和计算>1000个细胞的核面积进行量化。(b条)原代角质形成细胞和成纤维细胞的总RNA合成；用Alexa 488标记的EU脉冲标记检测，然后测量每个细胞的平均荧光强度*是p < 0.1，***为p < 0.001相对于未辐照样品。

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1. Adams MJ，Hardenbergh PH，Constine LS，Lipshultz SE。辐射相关心血管疾病。克里特。Oncol版本。血液学。2003;45:55–75. doi:10.1016/S1040-8428（01）00227-X。-内政部-公共医学
1. Shimizu Y等人，《辐射暴露和循环系统疾病风险：广岛和长崎原子弹幸存者数据，1950-2003年》。英国医学杂志。2010;340页：b5349页。doi:10.1136/bmj.b5349。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
1. Baker JE、Moulder JE、Hopewell JW。辐射是心血管疾病的危险因素。抗氧化剂。氧化还原信号。2011;15:1945–1956. doi:10.1089/ars.2010.3742。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
1. Darby SC等。乳腺癌放射治疗后女性缺血性心脏病的风险。北英格兰。医学杂志，2013年；368:987–998. doi:10.1056/NEJMoa1209825。-内政部-公共医学
1. Chodick G等人，暴露于低剂量电离辐射后白内障的风险：一项在美国放射科医生中进行的20年前瞻性队列研究。美国流行病学杂志。2008;168:620–631. doi:10.1093/aje/kwn171。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

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[1] Adams MJ，Hardenbergh PH，Constine LS，Lipshultz SE。辐射相关心血管疾病。克里特。Oncol版本。血液学。2003;45:55–75. doi:10.1016/S1040-8428（01）00227-X。-内政部-公共医学

[2] Adams MJ，Hardenbergh PH，Constine LS，Lipshultz SE。辐射相关心血管疾病。克里特。Oncol版本。血液学。2003;45:55–75. doi:10.1016/S1040-8428（01）00227-X。-内政部-公共医学

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[4] Shimizu Y等人，《辐射暴露和循环系统疾病风险：广岛和长崎原子弹幸存者数据，1950-2003年》。英国医学杂志。2010;340页：b5349页。doi:10.1136/bmj.b5349。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[5] Baker JE、Moulder JE、Hopewell JW。辐射是心血管疾病的危险因素。抗氧化剂。氧化还原信号。2011;15:1945–1956. doi:10.1089/ars.2010.3742。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[6] Baker JE、Moulder JE、Hopewell JW。辐射是心血管疾病的危险因素。抗氧化剂。氧化还原信号。2011;15:1945–1956. doi:10.1089/ars.2010.3742。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[7] Darby SC等。乳腺癌放射治疗后女性缺血性心脏病的风险。北英格兰。医学杂志，2013年；368:987–998. doi:10.1056/NEJMoa1209825。-内政部-公共医学

[8] Darby SC等。乳腺癌放射治疗后女性缺血性心脏病的风险。北英格兰。医学杂志，2013年；368:987–998. doi:10.1056/NEJMoa1209825。-内政部-公共医学

[9] Chodick G等人，暴露于低剂量电离辐射后白内障的风险：一项在美国放射科医生中进行的20年前瞻性队列研究。美国流行病学杂志。2008;168:620–631. doi:10.1093/aje/kwn171。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[10] Chodick G等人，暴露于低剂量电离辐射后白内障的风险：一项在美国放射科医生中进行的20年前瞻性队列研究。美国流行病学杂志。2008;168:620–631. doi:10.1093/aje/kwn171。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

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