粘虫5-羟色胺7受体的分子和药理学特性分析

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5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)是一种单胺类神经递质,在昆虫体内调节许多生理及行为活动,而这些功能是通过与其受体结合实现的,5-HT受体属于G蛋白偶联受体(GPCRs),此受体被认为是许多杀虫剂潜在的作用靶标。粘虫Mythimna separata(Lepidoptera:Noctuidae)是我国重要农作物害虫,寄主范围广,又因化学药剂抗药性的产生,导致传统化学杀虫剂难以有效防控粘虫。因此,寻找新型作用靶标基因,以开发新型靶标位点杀虫剂迫在眉睫。5-HT7受体在蜜蜂Apis mellifera和黑腹果蝇Drosophila melanogaster等昆虫中研究较多,但是在粘虫中未见报道。鉴于此本研究根据实验室前期粘虫转录组数据克隆得到5-HT7受体基因序列,通过分子生物学特性分析、时空表达谱的构建以及药理学特性分析,为进一步研究5-HT7受体在粘虫体内的生理功能奠定基础,及评估粘虫5-HT7受体作为新型药剂靶标的潜力,为粘虫新型杀虫剂的开发提供思路。主要研究结果如下:(1)通过PCR技术首次克隆到粘虫体内5-HT7受体基因的两种可变剪接体,分别为粘虫5-HT7受体的长序列和缺失285个核苷酸的短序列,我们将其分别命名为Msep5-HT7L和Msep5-HT7S,并利用生物信息学对两种可变剪接体进行序列分析,通过多序列比对及构建系统发育进化树的方法,确定克隆到的两种可变剪接体属于5-HT7受体家族。(2)利用实时荧光定量PCR(q PCR)技术对粘虫体内5-HT7受体基因进行全时空表达谱的构建,以及分析5-HT7受体基因的两种转录本在粘虫成虫体内相对表达量的差异。结果显示:从不同发育时期来看,5-HT7受体基因表达量从幼虫,蛹至成虫期依次升高,成虫期表达量达到最高峰。从不同发育时期的各组织来看,幼虫期高表达部位主要集中在马氏管和中肠,成虫时期高表达部位主要集中在触角,下唇须,脑三个部位。在成虫高表达部位的触角和下唇须又进行时空表达测定。在触角中,发现雌雄成虫5-HT7受体基因表达量随着日龄增加均无显著变化,但3日龄雄虫表达量显著高于雌虫。而在下唇须中,1日龄雌雄虫5-HT7受体基因表达量显著高于3、5日龄,且1、3日龄的雄成虫表达量显著高于雌成虫。最后以3日龄雌雄成虫各组织为样本,测定Msep5-HT7L和Msep5-HT7S的表达差异,整体呈现出在高表达的触角、下唇须和脑三个部位,5-HT7S表达较多,在低表达的胸、翅、足和腹四个部位,5-HT7L表达较多的趋势。(3)通过真核细胞异源表达技术,获得稳定表达粘虫Msep5-HT7L和Msep5-HT7S受体基因的HEK293细胞系。在此基础上通过ELISA技术进行药理学检测,两个表达有目的受体基因的细胞系均能被5-HT剂量依赖性激活,5-HT可显著诱导细胞内c AMP水平升高。合成激动剂αm-5-HT,5-MT,8-OH-DPAT均能刺激表达有目的受体基因的细胞产生c AMP,但激动效应均比5-HT低,其中αm-5-HT,5-MT对两个细胞系具有较好的激动效应,而8-OH-DPAT激动效应较差。从激动剂对两个细胞系激动效应的差异来看,三个激动剂对Msep5-HT7L的激动效应均大于Msep5-HT7S。在拮抗剂效应测定实验中,五种拮抗剂methiothepin,ketanserin,WAY-100635,SB-258719,SB-269970均能剂量依赖性的抑制5-HT刺激胞内c AMP的产生。综上所述,本研究利用分子克隆技术获得了粘虫5-HT7受体基因两个可变剪接体的c DNA序列,为粘虫5-HT7受体基因的生理功能研究提供了分子基础;利用生物信息学方法分析两个可变剪接体的序列结构及系统发育进化关系,丰富了昆虫5-HT7受体基因的序列信息;利用q PCR技术分析了5-HT7受体基因及两种转录本在粘虫不同发育阶段和组织中的表达模式,为探索5-HT7受体在粘虫体内所行使的生理功能奠定理论基础;最后利用体外HEK293细胞异源表达系统,成功稳定表达了Msep5-HT7L和Msep5-HT7S受体基因,并分析了两者的药理学特性,研究结果有利于构建粘虫5-HT7受体激动剂和拮抗剂筛选技术的体系,也有助于开发以5-HT7受体为靶标的新型杀虫剂。
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