寄生扁虫副肌球蛋白的适应性进化及副肌球蛋白基因在后生动物中的进化研究

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寄生扁虫(包括吸虫和绦虫)生活在宿主的血液或肠道内,面对宿主的免疫环境,已发展出了成功的免疫逃避机制。有研究显示曼氏血吸虫的副肌球蛋白能结合宿主补体分子C8/C9,从而抑制补体系统的激活,显示出在免疫逃避中发挥了重要作用。但该蛋白的这一免疫逃避功能是否在所有寄生扁虫中普遍存在,是否确是寄生适应性进化的结果尚不清楚,而且其发挥该功能的具体分子机制也还有待阐明。另外,副肌球蛋白作为肌肉的重要组成,其在后生动物中的分布和进化还未有系统的研究。本文主要利用生物信息学的技术方法对寄生扁虫中副肌球蛋白的寄生适应性进行了分析研究,并对副肌球蛋白基因在后生动物中的进化进行了系统研究,得到了以下结果及结论:  首先,从已具有基因组数据的曼氏血吸虫、日本血吸虫、华支睾吸虫、猪带绦虫、微小膜壳绦虫、细粒棘球绦虫、多房棘球绦虫和地中海圆头涡虫等八个扁虫中鉴定了它们的副肌球蛋白基因和蛋白序列,并通过EST拼接还获得了日本三角涡虫的副肌球蛋白序列。分析发现这些扁虫均不同于一般的动物只具有一个该蛋白的基因,而是具有两个基因。基因结构比较和系统发育分析的结果表明这两个副肌球蛋白基因是通过复制形成。其中寄生种类的一个拷贝与曼氏血吸虫的上述能结合补体的副肌球蛋白基因结构相似、其编码的蛋白序列也与后者很相似;相对于自由生活的涡虫的副肌球蛋白,寄生种类的这一蛋白存在一些不同的氨基酸位点及缺失片段,如:日本血吸虫副肌球蛋白的754和866位点氨基酸均为疏水性的亮氨酸和甲硫氨酸,这可能与形成结合补体的位点和空间结构有关;而838与839位点间存在缺失片段,这可能对于该蛋白形成有利于结合补体的结构有关。这些结果表明寄生扁虫通过寄生适应性进化形成了一种普遍的免疫逃避机制;其副肌球蛋白的一个拷贝进化形成了能结合补体C8/C9的特定区域,通过与宿主补体的结合而产生免疫逃避的效果。  其次,我们鉴定了后生动物中152个物种的副肌球蛋白基因,并利用基因结构比较和系统发育分析的方法对副肌球蛋白基因在后生动物中的进化问题进行了研究。结果表明副肌球蛋白仅分布于原口动物,而在侧生动物、辐射对称动物和后口动物均不具有副肌球蛋白;副肌球蛋白基因是由Ⅱ型肌球蛋白重链复制产生。同时我们对副肌球蛋白基因在后生动物中仅分布于原口动物而在其它动物类群无分布的原因进行了探讨:侧生动物、辐射对称动物不同于两侧对称动物(原口动物和后口动物),它们的肌细胞是独立进化出的,这类肌细胞本身就缺少包括副肌球蛋白的一些重要成分,换言之,这两类动物根本就未进化出副肌球蛋白;我们对与副肌球蛋白密切相关的四种肌肉类型(平滑肌,横纹肌,斜纹肌和心肌)、骨骼类型(外骨骼与内骨骼)进行分析,发现它们的类型与副肌球蛋白的分布均无相关性。结合已有的有关粗丝长度的研究,我们对动物肌肉粗丝的长度进行了比较,发现存在副肌球蛋白的动物肌肉粗丝相对于不含副肌球蛋白的粗丝长度更长,而且也有报道指出存在副肌球蛋白的肌肉粗丝结构更稳定,这与副肌球蛋白基因在原口动物中有而在后口动物无的分布特征相符合,因而这可能是副肌球蛋白仅存在于原口动物而在后口动物中发生了丢失功能选择方面的原因。
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