近日，中科院劉思金研究組在納米材料誘導細胞DNA甲基化修飾改變與表觀(guān)遺傳毒性方面取得新進(jìn)展。從表觀(guān)遺傳學(xué)角度深入探討了納米材料暴露后通過(guò)改變DNA甲基化水平而引發(fā)細胞損傷的分子機制，對揭示納米材料的環(huán)境健康風(fēng)險提供了重要的科學(xué)依據。
由于納米材料獨特的理化性質(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(méi)有顯著(zhù)的氧化應激損傷時(shí)，一些非直接毒性效應如次級毒性反應和代償損傷效應往往被忽視。在表觀(guān)遺傳信息的維護與傳遞中，DNA甲基化是重要的載體。在內外源性刺激下，DNA甲基化水平可發(fā)生快速變化以改變細胞的應激和代謝狀態(tài)，因此DNA甲基化水平改變被視為細胞/機體響應內外源性刺激的敏感的早期指標。目前，對于納米材料暴露導致DNA甲基化水平改變的變化規律和相關(guān)機制等方面存在諸多未知。
圖1 納米材料誘導細胞DNA甲基化修飾改變與表觀(guān)遺傳毒性的機制示意圖
該研究組通過(guò)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律。發(fā)現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并不明顯。高通量的全基因組甲基化測序（MeDIP-seq）、基因歸類(lèi)分析和相關(guān)的細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甲基化改變可導致多種代謝過(guò)程和信號通路的異常，特別是細胞膜相關(guān)蛋白與膜骨架蛋白、能量代謝和離子通道蛋白等。這些變化導致細胞出現常規毒性檢測方法無(wú)法檢測出來(lái)的損傷效應及適應性與代償性效應。
這項研究工作從表觀(guān)遺傳學(xué)角度深入探討了納米材料暴露后通過(guò)改變DNA甲基化水平而引發(fā)細胞損傷的分子機制，對揭示納米材料的環(huán)境健康風(fēng)險提供了重要的科學(xué)依據。同時(shí)，該研究提示，作為傳統毒性評價(jià)方法的補充，DNA甲基化變化所介導的細胞生理與代謝改變可用作敏感的早期檢測指標，為納米材料的安全性評估提供新的思路。
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