1、納米材料在生命科學領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價值,同時也使人們注意到可能產(chǎn)生的潛在危害,迫切需要全面、深入地研究納米材料與細胞的作用。基因表達譜在研究納米材料與細胞作用中已經(jīng)受到廣泛研究,但由于其檢測對象mRNAs低穩(wěn)定性及存在轉(zhuǎn)錄后翻譯調(diào)控的作用機制,現(xiàn)有的基因表達譜分析在準確反映蛋白表達差異方面存在缺陷。microRNAs(miRNAs)是一類內(nèi)源性小RNA分子,參與調(diào)控多種生物學過程,能反映轉(zhuǎn)錄后基因表達水平。因此,microRNA表達譜

2、用于研究納米材料與細胞作用更具優(yōu)勢。本論文發(fā)展了基于microRNA表達譜的納米材料與細胞作用的研究方法,并應(yīng)用于三種典型納米材料,即Fe2O3納米顆粒(Fe2O3Nanoparticles,Fe2O3 NPs)、多壁碳納米管(Mutiwall Carbon Nanotubes,MW-CNTs)和CdTe量子點(CdTe Quantum Dots,CdTe QDs),對細胞作用效應(yīng)的研究,取得如下創(chuàng)新性研究成果:
　　 1、通過

3、三種典型納米材料Fe2O3 NPs、MW-CNTs、CdTe QDs與NIH/3T3細胞作用后microRNAs表達差異的研究,揭示了microRNAs為納米材料與細胞作用過程調(diào)控的參與者。研究結(jié)果表明:納米材料作用于細胞后,凋亡相關(guān)microRNAs的表達水平會發(fā)生顯著變化,并且具有對納米材料濃度的依賴性,與傳統(tǒng)檢測手段的檢測結(jié)果具有較好的相關(guān)性。Fe2O3NPs和CdTe QDs與細胞作用中,明顯抑制miR-21表達而促進miR-3

4、4a、miR-34c表達,表明這兩種納米材料可顯著誘發(fā)細胞凋亡,與顯微鏡觀察結(jié)果較為一致。而miR-29a、miR-29b和miR-29c在三種納米材料處理細胞中不同的變化趨勢,亦反映了納米材料的作用特性。
　　 2、發(fā)展了通過microRNA表達譜研究納米材料與細胞作用的新方法。應(yīng)用SOLiD高通量測序技術(shù)檢測出Fe2O3 NPs、MW-CNTs、CdTe QDs與NIH/3T3細胞作用后所有microRNA的表達量,并據(jù)之研

5、究納米材料與細胞復(fù)雜的作用效應(yīng)。創(chuàng)新性地將Z-test應(yīng)用于microRNA表達譜的分析,使納米材料與細胞作用中microRNAs的表達差異分析既包含了microRNA的倍數(shù)變化又體現(xiàn)microRNA的數(shù)量作用,從而使microRNA表達差異的研究更為合理,為選擇特異性microRNA研究提供更可靠的依據(jù)。
　　 3、提出了系統(tǒng)分析microRNA表達譜的新的數(shù)學模型,并成功地用于研究納米材料與細胞的作用,從microRNA轉(zhuǎn)錄

6、后調(diào)控角度全面理解納米材料的生物學效應(yīng)。在該數(shù)學模型中,我們充分考慮了microRNA對不同靶基因的作用特點,將測序得到的所有microRNAs都作為對靶mRNAs的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)單元。分析結(jié)果表明,納米材料與細胞作用中microRNAs全面調(diào)控其靶mRNAs翻譯;通過對表達水平顯著變化的基因進行DAVID分析,得到了KEGG信號傳導(dǎo)途徑、GO調(diào)控過程和GO代謝過程受到納米材料的影響規(guī)律,也印證了microRNA表達差異是細胞對納米材料刺激的

7、主動調(diào)節(jié)過程。
　　 4、深入研究了CdTe QDs對NIH/3T3細胞作用的microRNA差異表達的調(diào)控機制。研究結(jié)果表明:p53蛋白表達及其磷酸化在CdTe QDs作用后明顯增多,而其mRNA的轉(zhuǎn)錄卻未發(fā)生明顯變化,活化的p53蛋白促進了其靶microRNA基因(miR-34a、miR-34b和miR-34c)的轉(zhuǎn)錄而提高相應(yīng)的pri-microRNA表達水平,同時p53蛋白增多也加快了pri-microRNA的剪切,促進