我们知道，高电离辐射会对细胞产生损伤。以往研究认为，随着辐射剂量的降低，其对细胞的损伤会线性下降，人们也是通过这种LNT(linear no-threshold)模型来推断低剂量辐射风险。然而，LNT模型毕竟是在高剂量辐射研究中形成的，比如说原子弹爆炸环境，这个模型并不一定完全适 用于低剂量辐射研究。事实上，细胞在低剂量辐射时所产生的应答是要高于LNT模型预测的。但半个多世纪以来人们并没有清楚地阐明这种非线性关系，从而间接 忽略了低剂量辐射的危害，非编码RNA与细胞低剂量电离辐射应答关系的报道更是少之又少。4月21日发布的Cell Report，报道了德国亥姆霍兹慕尼黑中心关于lncRNA与低剂量电离辐射应答关系的最新研究成果。
研究者选择多种辐射敏感细胞为研究对象，首先使用lncRNA芯片对这些细胞中与辐射应答有关的lncRNA进行筛选，并使用Taqman qPCR技术在T47D和MDA-MB-361细胞(对辐射敏感)中对差异最高的几个lncRNA进行了验证，最终确认PARTICLE(promoter of MAT2A-antisense radiation-induced circulating lncRNA)是差异变化最大的一个lncRNA，并决定进一步对PARTICLE功能进行研究。
qPCR确认低剂量辐射时两种细胞中PARTICLE和MAT2A表达状态
由于PARTICLE基因与另一个基因MAT2A互有重叠，且PARTICLE是从MAT2A启动子反向转录产生的，而MAT2A编码蛋氨酸腺 苷转移酶(methionine adenosyltrasferase，MAT)的一个催化亚基，负责提供甲基化反应所需的S-腺苷蛋氨酸(SAM)，当细胞受到低剂量辐射时会受到诱导 而激活，造成DNA出现非正常甲基化，引发细胞产生病变。研究者决定进一步研究PARTICLE是否与MAT2A调控有关。在MDA-MB-361细胞 中，在相同低剂量辐射剂量(0.25Gy)下，随着辐射时间的持续，qPCR及RNA FISH结果显示PARTICLE和MAT2A表达状态表现出明显负相关，这表明PARTICLE可能细胞在受到低剂量辐射时主动修复MAT2A的一种机制。
低剂量辐射时PARTICLE和MAT2A表达状态负相关
RNA FISH展示低剂量辐射时MDA-MB-361细胞内PARTICLE(绿色)增加，MAT2A(红色)下降
由于MAT2A是细胞生化代谢过程中甲基主要提供者，研究者希望了解PARTICLE与细胞DNA甲基化调控之间有何关联。当PARTICLE被沉默 时，胞内SAM水平显著上升，而MAT2A启动子处CpG岛甲基化出现下降，这也与PARTICLE和MAT2A的负相关性一致。另外，通过核苷酸标记示 踪，研究者还发现PARTICLE还会与MAT2A mRNA一起进入外泌体，被分泌到胞外，这可能也与PARTICLE远距离发挥作用机制有关。
低剂量辐射条件下，T47D与MDA-MB-361外泌体共同孵育，胞内PARTICLE上升，MAT2下降
对于二者具体调控机制，研究者首先比对了PARTICLE与MAT2A启动子区域序列，发现二者之间有互补，进一步分析发现PARTICLE与MAT2A基因能够形成一个RNA：double-strand DNA的三元复合体结构，并使用等离子表面共振技术(Surface plasmon resonance, SPR)证明了以上预测。而ChIP及RNA pull down实验结果发现，在lncRNA上富集了Myb、G9a(赖氨酸甲基转移酶)及SUZ12(PRC亚基)等多个转录因子，这些转录因子参与了MAT2A抑制过程。
PARTICLE与MAT2A启动子形成三元复合体示意图
ChIP结果，G9a、Myb和SUZ12抗体均富集到了PARTICLE
EMSA实验表明PARTICLE富集SUZ12
至此，研究者已完整建立起了PARTICLE在低剂量电离辐射时发挥细胞修复作用的模型。在该模型中，MAT2A启动子反向转录产生PARTICLE， 该lncRNA会与MAT2A启动子形成一个三元复合体，同时富集转录抑制因子，阻止MAT2A在受到辐射时被过度激活，从而避免细胞内SAM过量，保证 DNA不会因为错误甲基化修饰而出现表达异常。PARTICLE是细胞应答低剂量辐射的一个全新机制，表明非编码RNA在细胞受到物理损伤时对细胞具有重 要的保护作用。
本项研究所发现的PARTICLE保护模型示意图
相关文献：O’Leary V B, Ovsepian S V, Carrascosa L G, et al. PARTICLE, a Triplex-Forming Long ncRNA, Regulates Locus-Specific Methylation in Response to Low-Dose Irradiation[J]. Cell reports, 2015, 11(3): 474-485.
