鲤鱼免疫球蛋白V区多样性及Aicda基因功能的初步研究

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免疫球蛋白(Immunoglobulin,Ig)是适应性免疫系统最重要的组分。免疫球蛋白可变区的多样性来源于多种机制,包括胚系基因重组、基因转换以及体细胞高突变等。在免疫球蛋白产生过程中,重组激活酶(recombination-activation gene,RAG)与激活诱导的胞嘧啶脱氨酶(Activation-Induced cytidine Deaminase,AID)为其中的关键因子。Rag将散在在Ig基因座上的V(D)J基因重新排列,形成免疫球蛋白的可变区;AID由Aicda基因编码而来,可导致DNA中的胞嘧啶核苷酸脱去氨基形成尿嘧啶,产生G:U错配。哺乳动物在后续的错配修复过程中,可进一步引发体细胞高突变(SHM)、基因转换(GC)、类别转换(CSR)过程,从而极大的丰富免疫球蛋白的多样性。目前对硬骨鱼抗体多样性及其产生机制的研究有限,尤其是AID在鱼类抗体产生中的功能尚未见研究。本研究采用我国常见的经济鱼类——鲤鱼(Cyprinus carpio L.)作为实验材料,运用5’RACE方法克隆获得58条Ig M可变区序列以及16条Ig Z3可变区序列。使用国际免疫遗传学数据库(IMGT)对来源于Ig M和Ig Z3的可变区序列进行分析,并在鲤鱼Ensembl基因组数据库中进行序列比对,获得鲤鱼各V区基因片段的染色体定位。使用Ig-blast工具进行序列分析,发现所获得的V区序列属于V3基因家族。在所获得的序列中,除ζ7序列比对至人的V1家族外,其余序列与人的V3家族具有较高的同源性,表明人类V3家族在进化上是相对古老的,并且Ig M与Ig Z3使用V3亚家族的偏好性有所不同。本研究还首次发现了序列在CDR3中出现终止密码子的现象,进一步分析表明终止密码子的出现是由N/P核苷酸的插入所致。同时在Ig M发现了一条序列中无N/P核苷酸插入的情况,这导致CDR3的缩短。进一步比对后发现表达的V基因与胚系V基因存在至多2个核苷酸差异,提示鲤鱼可能存在体细胞高突变效应。其次,本研究使用荧光定量PCR检测了鲤鱼发育早期的Rag1、2以及Aicda基因的表达。结果显示:Rag1在受精后前四天表达量很低,几乎检测不到表达,第24天达到峰值;Rag2在受精后第2-10天表达量较低,受精后第16天达到峰值;Aicda在受精后1-4天低水平表达,第6天达到最高,第24天表达量最低。Rag参与TCR和BCR胚系基因的重排,而AID具有胞苷脱氨酶功能,上述结果表明,在鲤鱼早期发育阶段Rag及AID已经具有功能。此外,本研究采用6月龄鲤鱼构建了Ti、Td抗原刺激模型,检测了脾脏和头肾组织以及分离的脾脏淋巴细胞中Rag1、Rag2及Aicda基因的表达及定位。结果表明:Ti和Td抗原可以诱导脾脏中Rag的表达以及头肾中Aicda的表达。免疫刺激后的脾脏淋巴细胞中可以检测到Aicda的表达,并在刺激后第三天达到峰值。免疫刺激实验结果表明,Ti和Td抗原均可以激活抗原依赖性的Rag重组活性,同时Aicda的表达不仅定位于头肾和脾脏组织,并且表达于淋巴细胞中。此外,对于脾脏组织的原位杂交进一步表明了Rag与Aicda的表达。上述结果为进一步研究鲤鱼B细胞中RAG及AID在抗体产生中的功能奠定了基础。第三,本研究首次克隆获得鲤鱼Aicda基因,构建p ET22b-aid表达载体,转化Rosetta,对诱导表达的蛋白进行纯化,并通过体外实验检测AID脱氨酶活性,结果表明:在体外实验体系中,表达纯化的AID具有脱氨酶活性,可以使脱氧胞苷,胞嘧啶核苷以及阿糖胞苷脱氨基。通过原核表达的AID蛋白筛选获得了AID抗体,并通过AID及Ig Z3抗体进行免疫荧光检测,结果表明,在Ig Z3+B细胞中,存在AID的表达。本实验还扩增了鲤鱼Aicda基因的启动子序列,序列分析表明鲤鱼Aicda的启动子序列与斑马鱼相似度为76.4%,与哺乳动物相似性较低,进一步分析表明启动子序列可以与sp1、hdac3、sp2等免疫相关的转录因子结合,为进一步研究鲤鱼Aicda基因的表达调控提供了基础。
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