[发明专利]表观遗传学药物凋亡诱导模型的构建方法

说明书

技术领域

本发明属于表观遗传学药物研究领域，具体涉及一种基于跨组学数据系统

分析的表观遗传学药物凋亡诱导模型的构建方法。

背景技术

细胞凋亡是由半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Caspase）所介导的程序性细胞死亡过程，细胞水平的凋亡响应包括多层级和竞争性的信号交互作用，最终转化为二选一的生死抉择结果。疾病机理及相关临床研究表明，癌症等复杂疾病的发生与细胞生存和死亡调控机制的破坏密切相关。Fadeel等人在1999年提出，抗癌药物就是在已经丧失死亡和生存信号动态平衡的细胞状态下诱导细胞凋亡的物质。表观遗传学（epigenetics）是指DNA序列不发生变化而影响基因表达的可遗传的改变，在癌症等复杂疾病的发生发展中起到重要作用。表观遗传学药物（epigeneticdrugs）通过抑制特定表观遗传学酶的活性，纠正异常的ADNA甲基化和组蛋白修饰表饰状态来治疗癌症等疾病。换而言之，表观遗传学药物就是通过改变表观遗传学修饰状态诱导肿瘤细胞发生凋亡相应的一类物质。迄今，仅有少数表观遗传学药物应用到临床治疗之中，组蛋白乙酰化酶抑制剂（HDACi）异羟肟酸(SAHA)和罗米地辛(romidepsin)以及DNA甲基转移酶抑制剂（DNMTI）5-氮杂胞苷和地西他滨，分别用以治疗皮肤性T细胞淋巴瘤、慢性粒细胞白血病和骨髓增生异常综合征（MDS）等疾病。

值得注意的是，不同细胞系所产生的凋亡响应模式存在非常显著的差异。Gascoigne等人发现，对于15个细胞系应用3种不同的抗有丝分裂药物处理，结果显示不同细胞系展现了差异的凋亡响应的模式。Cohen等人报道，喜树碱处理后生存和死亡响应依赖于细胞中特定蛋白的含量。Sharma等人发现，顺铂或表皮生长因子抑制剂埃罗替尼可以导致一部分细胞亚群出现可逆的“药物耐受。nLindemann等研究者报道，在药物剂量下SAHA可以特异性的诱导肿瘤细胞的凋亡响应，但是对正常细胞基本上没有显示出细胞毒性作用，并且肿瘤细胞对SAHA的凋亡敏感性与活体内的ASAHA凋亡诱导效应是密切相关的。由于抗癌药物的作用与细胞类型密切相关，因此寻找表观遗传学药物的适应症以及细胞类型特异的药物作用靶点，成为合理化和个体化癌症治疗所必须解决的问题，而这些都依赖于精确理解抗癌药物如何诱导凋亡发生。

研究表明，表观遗传学药物通过影响某些特定的生物学过程诱导细胞凋亡的发生。根据HDACi的分子结构，大体上可以把现有的HDACi分为5类；短链脂肪酸、异羟肟酸（SAHA）、环形四肽、脂肪族氨基酸和苯甲酰胺。SAHA分子包含四个结构域：帽、链接单元、连结器和锌离子结合集团。它的锌离子结合基团可以螯合HDAC催化结构域内的锌离子，从而阻碍HDAC行使其酶催化功能。Robert等人发现HDACi在白血病细胞中不但减弱组蛋白乙酰化的水平，并且诱导活性氧自由基（ROS）和DNA损伤的增加。Noh等人报道曲古抑菌素作为一种HDACi能够干扰纺锤体检查点并导致G2/M转换的延迟，最终诱导凋亡激活蛋白依赖的细胞死亡。Cao等人的研究表明在白血病和骨髓瘤细胞中，HDACi处理可以引起P53的表达增加并诱导细胞凋亡响应。Rikiishi等人发现HDACi能够下调促生存蛋白如Bcl-2，并上调促凋亡蛋白的浓度如Bim和Bak，这些共同导致凋亡发生。随着生物学实验技术发展，以高通量实验方法测定的各种组学数据不断涌现，研究者开始从组学数据分析层面研究抗癌药物的作用机理。Bolden等人应用时序性基因表达谱数据，研究了SAHA所诱导的肿瘤细胞特异性的凋亡响应过程。在本项目前期研究中，应用基因表达一致性时序变化模式分析（TVPC）以及短时序表达挖掘（STEM）等方法，证实表观遗传学药物能够诱导“线粒体呼吸链”等内源性凋亡相关通路内基因发生时间特异性表达模式变化。然而现阶段关于表观遗传学药物凋亡诱导机制的知识大部分是定性或描述性的，对于凋亡响应所涉及多个生物学过程的动态整合和内在调控机制的认识仍然十分缺乏。