马氏珠母贝(Pinctada fucata)补体相关分子的鉴定与功能研究

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补体系统作为先天免疫的重要组成部分,是一种复杂的限制性蛋白水解系统,其在免疫系统中发挥着重要的防御作用。含C1q结构域蛋白(C1q domain containing,C1q DC)是经典补体途径的起始分子,能够识别免疫复合物,启动补体系统经典途径。补体成分3(C3)作为补体系统的核心成分,在先天免疫应答和获得性免疫应答中发挥着重要作用。含硫酯键蛋白(TEPs)超家族在脊椎动物和无脊椎动物中发挥着重要的先天免疫功能,参与识别和杀死入侵的病原体。为分析马氏珠母贝(Pinctada fucata)补体系统的组成及作用机制,使用血细胞样品进行了全长转录组测序建库、基因比对、功能注释。基于全基因组测序数据,结合生物信息学方法对C1q DC基因进行了鉴定,同时对其系统进化关系、序列结构、基序组成、染色体定位和基因家族成员的表达水平进行了分析。通过RT-PCR和c DNA末端快速扩增(RACE)技术,获得了马氏珠母贝C3基因(Pf-C3)和TEP基因(Pf-TEP),并进行了组织特异性表达和功能研究。主要研究结果如下:1.基于马氏珠母贝血细胞全长转录组数据补体样组分的鉴定与分析结果显示共挖掘到212个潜在补体样组分相关基因,经同源性比对和结构域检测分析表明,检索到的基因分别编码89个含C1q结构域蛋白、57个C型凝集素蛋白、33个纤维胶凝蛋白、11个纤维蛋白原相关蛋白、8个甘露糖结合型凝集素关联丝氨酸蛋白酶、2个含硫酯蛋白(1个C3分子,1个TEP分子)、1个补体受体、2个补体因子、9个丝氨酸蛋白酶。随机选择12个补体相关基因,使用溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)刺激前后的血细胞样品进行实时定量PCR检测其表达水平,结果显示C1q DC、C-lectin、MBL(mannose-binding lectin)、ficolin、MASP(mannan-binding lectin serine protease)等基因均呈现出显著差异表达,表明马氏珠母贝补体系统是一个复杂的多组分效应系统,且可能通过凝集素途径或类似于凝集素途径激活补体系统的免疫作用。2.马氏珠母贝C1qDC基因家族的鉴定及表达分析从马氏珠母贝全基因组数据中共鉴定出285个C1q DC基因;根据系统进化关系聚集为5个亚类,并不均匀分布在14条染色体上;所有C1q DC序列均含有保守基序1。比较转录组数据分析显示,在溶藻弧菌攻毒4 h后,马氏珠母贝C1q DC基因家族中有56个基因在血细胞中的表达水平发生了显著变化。其中,上调表达基因32个,下调表达基因24个。实时荧光定量PCR检测结果表明,随机挑选的8个C1q DC基因的表达模式与转录组数据一致。3.C3分子的克隆、表达水平、功能、调控分析Pf-C3蛋白具有其同源蛋白特有的结构特征,含有A2MN2、ANATO、A2M、A2MCOMP、A2MRecep和C345C结构域,以及C3转化酶裂解位点、硫酯基序和保守的Cys、His和Glu残基。Pf-C3-m RNA在鳃、消化腺、闭壳肌、外套膜、血细胞和足等组织中均有表达,其中消化腺的表达量最高。溶藻弧菌刺激后,Pf-C3在血细胞中的表达明显增强。荧光素酶报告实验表明,Pf-C3a可激活HEK293T细胞中的NF-k B信号通路。使用特异性si RNA可敲降Pf-C3的表达水平,并抑制血细胞对溶藻弧菌的吞噬作用。4.TEP分子的克隆、表达水平、功能、调控分析功能结构域分析显示TEP蛋白具有同源蛋白特有的结构特征,含有A2MN2、A2M、A2MCOMP、A2MRecep和硫酯结构域,以及保守的Cys、His和Glu残基。TEP-m RNA在鳃、消化腺、闭壳肌、外套膜和血细胞等组织中均有表达,以鳃表达最高。溶藻弧菌攻击后,Pf-TEP在血细胞中的表达明显增强。进一步用特异性si RNA敲降Pf-TEP可显著降低血细胞对溶藻弧菌的吞噬功能。以上研究结果为进一步解析马氏珠母贝C1q DC基因的进化模式及其在贝类免疫应答中的调控作用提供了理论基础,有助于加深对C3和TEP在马氏珠母贝免疫系统中功能的理解,从而为了解原始补体系统在无脊椎动物中的作用提供新的见解,对丰富和发展无脊椎动物免疫学内容也具有重要理论意义。
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