Cyt-c释放和介导宰后牦牛肉线粒体凋亡途径激活机制及对嫩度影响的研究

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 13次 | 上传用户:shirley09liu
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嫩度是牦牛肉品质评价和影响消费者购买欲的重要品质指标,宰后成熟是提高肌肉嫩度的重要途径。近年来细胞凋亡(Apoptosis)过程被发现能显著改善肌肉嫩度,并被不断研究和应用到宰后肌肉成熟嫩化机制的解释当中。目前有关细胞凋亡对肌肉嫩度影响的研究主要集中在细胞凋亡酶(Caspase)对肌原纤维蛋白的降解方面,而关于宰后牦牛肉成熟过程中线粒体凋亡途径的激活机制相关研究报道不足。本文以10头牦牛作为研究对象,选取背最长肌作为试验样品,利用几种专一性抑制剂和诱导剂处理宰后牦牛肉,研究线粒体细胞色素C(Cyt-c)释放的可能途径、影响因素以及其氧化状态对线粒体凋亡级联反应发生的影响;确定Cyt-c释放的主要途径和影响因素,并揭示这些因素对Cyt-c释放的影响机制,最终阐明线粒体Cyt-c释放和介导宰后牦牛肉线粒体凋亡途径激活机制及对肌肉嫩度的影响,进一步完善宰后牦牛肉细胞凋亡嫩化理论,为改善牦牛肉嫩度、充分利用牦牛资源提供数据支持和理论基础。主要研究结果如下:1.研究了线粒体Cyt-c释放的可能途径和凋亡小体组分变化。宰后成熟早期(072h),pH值和ATP含量显著下降,MPTP呈不可逆开放状态,线粒体膜电位(ΔΨm)也呈显著下降变化,上述因素的变化为Cyt-c的释放提供了有利条件。宰后初期,胞浆Cyt-c表达量显著上升,Apaf-1表达量也呈显著上升变化,随后显著下降(P<0.05);成熟过程中,procaspase-9表达量显著下降;672 h,caspase-3表达量显著下降(P<0.05),说明MPTP的开放可能介导了线粒体Cyt-c的释放,线粒体膜电位和肌肉内环境因素pH值、ATP对Cyt-c的释放可能起促进作用;Cyt-c在成熟早期由线粒体释放到胞浆中并与Apaf-1、procaspase-9结合形成凋亡小体,介导下游caspase-3激活,启动凋亡级联反应。2.明确氧化型Cyt-c介导了线粒体凋亡途径的激活并对肌肉嫩度造成影响。成熟早期(624 h),对照组胞浆中Cyt-c表达量显著或极显著高于TMPD(凋亡小体抑制剂)处理组,且对照组caspase-3表达量显著低于TMPD处理组(P<0.05);成熟期间,TMPD整体上显著或极显著提高了胞浆中Cyt-c的还原水平、抑制了caspase-9/3活性、细胞凋亡率以及肌肉的嫩化程度,说明氧化型Cyt-c介导了凋亡小体的形成并激活了下游caspase-9/3,进一步促进了线粒体凋亡级联反应及其对牦牛肉嫩度的改善作用。3.MPTP开放介导了线粒体Cyt-c的释放对线粒体凋亡级联反应起激活作用。CsA促进了成熟后期(72168 h)pH值的降低,抑制了ATP含量的下降;成熟期间,与对照组相比,CsA整体上显著抑制了MPTP的开放和膜电位的下降,提高了线粒体Cyt-c的表达量,降低了胞浆中Cyt-c的含量、caspase-9/3活性和细胞凋亡率,并抑制了Hsp27的表达量和肌肉的嫩化程度,说明MPTP介导了Cyt-c的释放和下游caspase-9/3的活化,进一步促进了线粒体凋亡途径及其对肌纤维骨架蛋白的降解;CsA还可能通过影响Hsp27表达和肌肉内环境因素对上述过程进行调控。Ca2+和ROS可能是促进MPTP开放和膜电位下降的主要因素进而对线粒体凋亡级联反应和肌肉嫩化造成影响。4.Ca2+通过多种方式调控MPTP开放介导Cyt-c释放激活线粒体凋亡途径。成熟早期(672 h),Ca2+处理组pH值、ATP含量和糖原含量整体上显著或极显著低于对照组,乳酸含量显著或极显著高于对照组;Ca2+处理组Na+-K+-ATPase、Ca2+-ATPase、SDH和CS活性整体上显著或极显著高于对照组(P<0.01;P<0.05);成熟期间,Ca2+处理组线粒体ROS水平整体上极显著高于对照组,MPTP开放程度均强于对照组,膜电位均极显著低于对照组(P<0.01),说明成熟早期Ca2+稳态失衡可能通过加速糖酵解过程,为凋亡发生提供必要条件;通过影响细胞能量代谢酶活性和三羧酸循环为线粒体Ca2+超载提供有利条件;并通过提高线粒体ROS水平引起线粒体损伤,引发MPTP开放和膜电位下降,促进Cyt-c释放和caspase-9/3活化,加速线粒体凋亡反应进程,提高牦牛肉的嫩度。5.ROS通过提高线粒体氧化应激水平,造成线粒体氧化损伤,促进凋亡发生。成熟过程中,H2O2处理组ROS水平极显著高于对照组和NAC处理组(P<0.01);24168 h,H2O2处理组SOD、CAT、GSH-PX和SDH活性整体上显著或极显著低于对照组和NAC处理组;成熟期间,H2O2处理组和对照组MDA含量极显著高于NAC处理组,线粒体膜流动性极显著低于NAC处理组(P<0.01),以上结果说明H2O2通过诱导ROS产生显著提高了肌细胞线粒体氧化应激水平,降低了线粒体抗氧化能力,造成线粒体氧化损伤,有利于宰后牦牛肉骨骼肌线粒体凋亡途径的发生。6.ROS通过提高线粒体Ca2+和Bax/Bcl-2水平,诱导MPTP开放介导Cyt-c释放。成熟期间,H2O2处理组线粒体Ca2+含量均极显著高于NAC处理组,膜电位均极显著低于NAC处理组,MPTP的开放程度和Bax含量均极显著高于其他两组;6120 h,H2O2处理组Bcl-2含量极显著低于NAC处理组;H2O2处理组Bax/Bcl-2均极显著高于其他两组(P<0.01),ROS介导的氧化应激通过提高线粒体Ca2+和Bax/Bcl-2的水平,共同促进了MPTP的开放和膜电位的下降,进一步促进了Cyt-c的释放并激活下游caspase-9/3,诱导线粒体凋亡级联反应发生并对牦牛肉嫩度起到改善作用。综上所述,宰后牦牛肉成熟过程中,Cyt-c通过MPTP的开放从线粒体释放到胞浆中,线粒体膜电位和内环境因素pH值、ATP可能为该过程提供了有利条件。Ca2+通过加速糖酵解过程,为凋亡的发生提供必要条件,通过影响细胞能量代谢酶活性和三羧酸循环为Ca2+超载提供有利条件;并通过提高线粒体氧化应激水平,引发MPTP开放和膜电位下降,促进Cyt-c诱导凋亡。ROS介导的氧化应激通过提高线粒体Ca2+和Bax/Bcl-2的水平,共同促进MPTP的开放和膜电位的下降,促进Cyt-c释放;释放到胞浆中的Cyt-c以氧化形式与Apaf-1、procaspase-9形成凋亡小体并激活下游caspase-3,将凋亡信号逐级传导与放大,最终导致线粒体凋亡级联反应发生,对牦牛肉嫩度起到改善作用。
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