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ICE(白细胞介素-1β转换酶)是Caspase家族(半胱氨酸天门冬氨酸蛋白酶cys-teinylaspartate specific proteinase)中最早发现的成员,在多细胞生物的程序性细胞死亡中起着重要的作用。到目前为止,已有11种人的,10种鼠的,4种鸟和鱼的,8种两栖类的,7种昆虫和3种线虫的Caspase得到了解析。但是在基因库中公布的家蚕ice类似基因序列(GenBank登录号为:AY885228)仅为一条,其功能未知。本研究根据这个ice基因设计特异引物,从家蚕细胞中获得了不同于ice的两个新基因,分别命名为ice-2和ice-5(GenBank登录号分别为:DQ360829,DQ360830)。它们的读码框分别为852和936 bp,编码284和312个氨基酸。对ice,ice-2和ice-5序列分析得知这3个基因之间既有相同之处也存在着差异。ice和ice-2都含有7个外显子,而ice-5含8个外显子,它们的前5个外显子和最后1个外显子相同。ice和ice-2的差别之处在第6个外显子的中间处,ice-2比ice多出30个碱基。
ICE家族的蛋白成熟过程中会发生自我酶解,为了了解ICE-2和ICE-5的酶解方式,本研究利用了能稳定表达蛋白的大肠杆菌表达系统,分别采用高温37℃和室温25℃的条件诱导表达了ICE-2和ICE-5。在37℃诱导前期ICE-2和ICE-5不发生酶解,分别在33 kD和36 kD处有明显条带;在诱导3 h后,ICE-2除了33 kD处有特异条带外,23 kD处也出现了特异带,而ICE-5无变化。推测过量ICE-2发生部分自我酶解现象。在25℃条件诱导下,ICE-5只在26 kD处有特异条带,而ICE-2检测不到条带,推测ICE-2和ICE-5的酶解方式不一样。
为了研究获得的ice-2和ice-5在凋亡通路中的作用,采用紫外线刺激家蚕幼虫和细胞、过氧化氢和病毒刺激家蚕细胞,利用荧光定量PCR的方法检测不同因素刺激下ice-2和ice-5的表达量变化。检测结果得知:在低剂量的紫外线刺激的家蚕幼虫和细胞中,ice-2的表达量在某个刺激时间点上有高表达,而ice-5的表达量无明显变化,说明ice-2可能与修复机制有关。在高剂量的紫外线刺激的家蚕幼虫和细胞中,ice-5的表达量变化比ice-2的明显。在过氧化氢刺激及病毒感染的家蚕细胞中ice-2和ice-5的表达量随着刺激剂量的增加都发生变化,ice-5的表达量变化的更明显。说明ice-2和ice-5都参与细胞凋亡的执行,ice-5比ice-2起更重要的作用。
通过杆状病毒表达系统研究了过量表达ice-2和ice-5对病毒感染家蚕细胞的影响。将ice-2和ice-5基因分别克隆到表达载体HTB,然后转化BmDH10Bac感受态细胞,经抗生素及蓝白斑筛选得到重组杆粒Bacmid-ICE-2和Bacmid-ICE-2,通过pUC/M13引物的PCR结果显示这两个重组杆粒为阳性克隆。将该杆粒转染家蚕Bm细胞,得到病毒粒子r-ice-2和r-ice-5。以ice-2及ice-5基因的序列设计引物,进一步对病毒粒子DNA进行PCR鉴定,结果证明病毒含ice-2及ice-5基因。将病毒粒子感染Bm细胞,采用形态观察、细胞存活率计数、DNA Ladder检测DNA片段化等方法测定细胞的变化。试验表明,ice-2和ice-5都能诱导细胞凋亡,ice-5比ice-2的诱导凋亡作用更明显。
本研究从家蚕细胞中获得了ice家族的两个新基因,ice-2和ice-5。通过试验证明ice-2和ice-5都与细胞信号转导有关,ice-2可能还参与修复机制,在细胞凋亡的执行中,ice-5比ice-2起了更重要的作用。