電磁場對細胞基因表達影響研究.pdf

1、低強度環(huán)境電磁場(主要是工頻磁場和射頻電磁場)暴露的生物學效應及其作用機制至今還不清楚.為研究低強度電磁場暴露對細胞基因表達的影響,本學位論文主要以MCF-7細胞為研究模型,采用重復基因芯片實驗設計,分析工頻磁場和射頻電磁場輻照對MCF-7細胞基因表達譜的影響,期望篩選獲得兩類電磁場輻照后的差異表達基因,然后利用熒光實時定量RT-PCR(Real-time RT-PCR)驗證這些電磁場候選反應基因,并比較分析兩類電磁場對細胞基因表達影響

2、的異同.考慮到現(xiàn)今對人類基因組了解并不全面,本學位論文同時以模式生物釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)為輔助研究對象,分析兩類電磁場輻照對釀酒酵母細胞全基因表達的影響,為MCF-7細胞的研究提供指導和補充,從而期望構建出真核細胞對電磁場反應的核心機制,為后續(xù)工作打下基礎. 第一部分:工頻磁場對MCF-7細胞基因表達的影響 為研究工頻磁場對MCF-7細胞基因表達譜的影響,本研究將體外傳代培養(yǎng)的MC

3、F-7細胞隨機分為2組,并接受0.4 mT的50Hz磁場連續(xù)輻照和假輻照24 h,然后利用Affymetrix公司的人類基因組芯片U133A進行基因轉錄水平分析,進而用MAS 5.0.軟件和DMT 3.0軟件分析芯片實驗數(shù)據(jù).結果顯示,MCF-7細胞受50 Hz磁場輻照后,有30個100﹪一致變化的候選差異基因.為驗證這些候選基因,我們進一步采用Real-time RT-PCR分析輻照前后特定基因表達的變化情況.6次重復實驗結果表明,M

4、CF-7細胞受50 Hz磁場輻照后,SCNNlA基因和METTL3基因被顯著性上調(P<0.05),GPR137B基因被顯著性下調(P<0.05);而其他基因則未發(fā)生顯著性改變(P>0.05).因此,在本實驗設計下,我們檢測到50 Hz工頻磁場對MCF-7細胞基因表達的微弱變化,并確定TMCF-7細胞的3個50 Hz工頻磁場反應基NSCNN1A、GPRl37B和METIL3.這些MCF-7細胞工頻磁場反應基因改變的生物學意義還有待于進一

5、步研究. 第二部分:射頻電磁場對McF-7細胞基因表達的影響 為研究射頻電磁場對MCF-7細胞基因表達譜的影響,本研究將體外傳代培養(yǎng)的MCF-7細胞隨機分為4組,并接受比吸收率為2.0和3.5 W/kg的GSM 1800 MHz射頻電磁場間斷輻照(5 min開/10 min關)和假輻照24 h,然后利用U133A基因芯片進行基因轉錄水平分析.芯片實驗數(shù)據(jù)經(jīng)MAS 5.0軟件和DMT3.0軟件分析顯示,MCF-7細胞受比吸

6、收率為2.O和3.5 W/kg的射頻電磁場輻照后,分別有0個和5個100﹪一致變化的候選差異基因.為驗證這些候選基因,我們進一步采用Real-time RT-PCR分析輻照前后候選基因表達的變化情況 6次重復實驗結果表明,這些候選基因在各重復實驗之間有微小變化,但變化不一致,且無顯著性差異(P>0.05),說明這些基因未能得到Real-time RT-PCR實驗的驗證.因此,在本實驗設計下,我們未能檢測到GSM 1800 Mnz射頻電磁

7、場對MCF-7細胞基因表達的明顯影響. 第三部分:電磁場對模式生物釀酒酵母細胞基因表達的影響 為研究電磁場對釀酒酵母細胞基因表達譜的影響,篩選模式生物可能的電磁場反應基因,以指導電磁場對人體細胞基因轉錄影響的研究,本研究將靜止培養(yǎng)的酵母細胞隨機分為4組,并接受0.4 mT的50 Hz-V頻磁場連續(xù)輻照和假輻照6 h,或接受比吸收率為3.5 W/kg的GSM 1800 MI-Iz射頻電磁場間斷輻照(5 min開/10 m

8、in關)和假輻照6 h,然后利用Affymetrix公司酵母基因組芯片S98進行全基因轉錄水平分析.芯片實驗數(shù)據(jù)采用GCOS 1.0軟件和DMT 3.0軟件進行分析.結果顯示,酵母細胞受工頻磁場和射頻電磁場輻照后,分別有3個和40個100﹪一致變化的候選差異基因.為驗證這兩類電磁場響應的候選基因,我們進一步采用Real-time RT-PCR分析輻照前后候選基因表達的變化情況.6次重復實驗結果表明,酵母細胞受50 Hz磁場輻照后,3個候

9、選基因在各重復實驗之間有微小變化,但變化不一致,且無顯著性差異(P>0.05),說明這些基因未能得到Real-time RT-PCR實驗的驗證;酵母細胞受射頻電磁場輻照后,SMC3基因和AQY2(m)基因被顯著性上調(P<0.05),HAL9基因、YAKl基因和一個功能未知基因(ORF:YJL171C)被顯著性下調(P<0.05),其他基因則未發(fā)生顯著性改變(P>0.05),說明這些基因未能得到Real-time RT-PCR實驗的驗證

10、.此外,通過同源性基因分析,本研究找到了SMC3基因和YAKl基因的人同源性基因. 基于以上的研究結果及分析討論,本文得出以下結論: 1. 在本實驗設計下,未能檢測到SAR為2 W/kg、3.5 W/kg的射頻電磁場輻照MCF-7細胞24 h引起的基因表達變化;未能檢測到0.4 mT的工頻磁場輻照釀酒酵母細胞6 h引起的基因表達變化. 2. 在本實驗設計下,檢測到0.4 mT的工頻磁場輻照MCF-7細胞24 h引

11、起的基因表達的微弱影響,并確定了SCNN1A基因、GRP137B基因和METTL3基因為工頻磁場反應基因. 3. 在本實驗條件下,檢測到SAR為3.5 W/kg射頻電磁場輻照釀酒酵母細胞6 h引起的基因表達的微弱影響,確定了SMC3基因、AQY2(m)基因、HAL9基因、YAK1基因和一個功能未知基因(ORF:YJL171C)為射頻電磁場反應基因,并找到了SMC3基因和YAK1基因的人同源性基因. 4. 以上結果說明,本

12、論文采用的兩類電磁場對MCF-7和酵母細胞的基因轉錄影響較弱,提示這細胞對兩類電磁場輻照的反應性低,或產生了適應性反應.當然,也可能是當前的基因芯片技術存在一些局限性,不能靈敏地反映電磁場這種弱物理因素對細胞基因表達的影響. 本學位論文的主要創(chuàng)新: 科學方面: 1. 從全基因組轉錄水平揭示工頻磁場和射頻電磁場對MCF-7細胞和釀酒酵母細胞的影響不明顯. 2. 首次確定了SCNN1A基因、GRP137B基

13、因和METTL3基因為MCF-7細胞的工頻磁場反應基因;SMC3基因、AQY2(m)基因、HAL9基因、YAK1基因和一個功能未知基因為釀酒酵母細胞的射頻電磁場反應基因.利用生物信息學分析確定了SMC3基因和YAK1基因的人同源性基因. 方法學方面: 1. 本學位論文結合高通量的基因芯片技術和熒光實時定量RT-PCR技術,首次系統(tǒng)地從轉錄組水平研究了工頻磁場和射頻電磁場對細胞基因表達的影響,并試圖比較兩類電磁場對細胞基因